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「滑环」采用60GHz频段、适用于工业滑环应用新型毫米波数据接口解决方案( 三 )


毫米波数据接口解决方案
60GHz 频段
低成本微波元件制造技术的出现 ， 使其在军事领域之外的各类商业市场都实现了广泛应用 。 特别是 60GHz 毫米波技术 ， 凭借其位于微波频谱上半部分的独特优势 ， 正日益受到市场的广泛关注 。 这一全球范围内免授权且基本未占用的频段能够提供高达 9GHz 的宽带宽 ， 支持高数据速率 ， 提供的短波长可以实现紧凑的系统设计 ， 且具备高衰减比 ， 因此干扰水平低 。 这些优点使得 60GHz 技术对诸如多千兆 WiGig 网络（IEEE 802.11ad 和下一代 IEEE 802.11ay 标准）、无线回程连接和高清视频无线传输（WirelessHD/UltraGig 专有标准）等应用具有吸引力 。
在工业领域 ， 60GHz 技术主要用于毫米波雷达传感器和数据速率较低的遥测链路中 。 但是 ， 随着该领域的快速发展 ， 60GHz 技术很可能在工业子系统中实现高速、超低延迟的数据传输 。
集成式数据接口架构
本文介绍了一种采用 60GHz 频段、适用于工业滑环应用的新型毫米波数据接口解决方案 。 该解决方案的关键功能性元件是 ADI 公司的 60GHz 集成式芯片组 ， 由 HMC6300 发射器和 HMC6301 接收器组成 ， 其原理图分别如图 7 和图 8 所示 。 这款完整的硅锗（SiGe）收发器解决方案最初针对小蜂窝回程应用进行了优化 ， 完全可以满足工业滑环应用的数据通信需求 。 芯片组在 57GHz 至 64GHz 频率范围内工作 ， 可以使用集成式频率合成器以 250MHz、500MHz 或 540MHz 的不连续频率步进进行调谐 ， 也可以使用外部 LO 信号进行调谐 ， 以满足目标应用特定的调制、一致性和相位噪声要求 。
收发器芯片组支持多种调制方式 ， 包括开关键控（OOK）、FSK、MSK 和 QAM ， 最大调制带宽为 1.8GHz 。 它提供最大 15dBm 的输出功率 ， 可以使用集成式检波器进行监控 。 这个芯片组支持灵活的数字或模拟 IF/RF 增益控制、低噪声系数 ， 以及可调的低通和高通基带滤波器 。 此解决方案非常适合超低延迟工业滑环应用 ， 其中一个独特优势是在接收器信号链中集成了一个 AM 检波器 ， 可用于对 OOK 等幅度调制进行解调 。
OOK 调制方法由于无需使用成本高昂、高耗电的高速数据转换器 ， 而能实现简单、低成本的通信解决方案 ， 因此在控制应用中非常常用 。 此外 ， 由于 OOK 系统架构不包含复杂的调制和解调级 ， 因此能够提供低延迟性能 ， 这对于工业实时应用非常重要 。
「滑环」采用60GHz频段、适用于工业滑环应用新型毫米波数据接口解决方案
本文插图
图 7：发射器 HMC6300 的功能框图 。
「滑环」采用60GHz频段、适用于工业滑环应用新型毫米波数据接口解决方案
本文插图
图 8：接收器 HMC6301 的功能框图 。
ADI 公司的发射器 HMC6300 和接收器 HMC6301 集成解决方案都采用小型 4mm×6mm BGA 封装 ， 将特性和性能优势以独特的方式组合在一起 ， 可以满足现代高速滑环应用的严苛要求 。 除了核心收发器元件外 ， 全双工滑环数据接口的完整概念设计还包括天线、电源管理、I/O 模块和辅助信号调理元器件 ， 可以根据目标应用的需求进行选择 。 有关整个 60GHz 全双工数据接口解决方案概念的详细框图 ， 请参见图 9 。 此解决方案能够以高于 1Gbps 的速度实现高度、超低延迟数据传输 ， 且误比特率可以忽略不计 。 使用适当的天线设计和增益设置可以在几十厘米距离内实现可靠通信 ， 这为在特定的工业场景中广泛使用滑环解决方案开启了契机 。
「滑环」采用60GHz频段、适用于工业滑环应用新型毫米波数据接口解决方案
本文插图
图 9：60GHz 全双工数据接口的框图 。
分立式数据接口架构
本文介绍的集成式解决方案的性能和功能足以满足大部分工业滑环应用的需求 ， 但是 ， 受工业元器件定制趋势的广泛影响 ， 数据接口可能需要支持数千兆位的更高数据速率 。 因此 ， 可能需要使用分立式元器件来配置定制解决方案 ， 以满足特定需求 。


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