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Zynq UltraScale+ RFSoC的潜力与局限性

Zynq UltraScale+ RFSoC的多功能集成最显著的好处是,内置了模数转换器和数模转换器,与多设备方案相比,降低了材料耗费和成本,且节约了约50%的空间,从而可以将其他功能模块安装到电路板上,此外还降低了设备重量。

Pentek公司举了一个例子说明这些好处。要具有与RFSoC相同的功能,设计人员需要以下组件:

•ARM多核处理器

•4个4GS/s速率的模数转换器

•4个6.4GS/s速率的数模转换器

•UltraScale+数字化射频存储器(与射频系统级芯片的逻辑和数字信号处理密度一样)

除了设计和测试电路所需的要求和时间外,分布式组件的成本大约是RFSoC的两倍。此外,由于模数转换器和数字化射频存储器集成在同一个系统级芯片上,所以可以实现高速并行处理,而不需要精确地在电路板上连接。

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RFSoC对直流功率有严格的限制,因为它需要13种不同的电压和电流,所有这些要求信号干净并进行良好的调节。RFSoC产生的大量数据,需要不止一种方法才能从电路板上获取数据,从第3代PCIe开始,数据传输速率可以达到6.4GB/s。

RFSoC具有8个采样速率为4GS/s的模数转换器,每个芯片的采样速率为8GS/s,当模数转换器在6.4GS/s的采样速率下工作时,输入数据的数据传输速率可达64GB/s。

因此,PCIe和芯片中2个数据传输速率为100GB/s的以太网端口配合,它们一起以24GB/s的数据传输速率,将信号传输到用于存档和分析的交换机或其他子系统。

一些公司交付的基于RFSoC的电路板,将以太网端口转换为VITA 66光链路,这些光链路的优点是电磁干扰和射频干扰为零,且可以在任何环境下保持信号完整性。

尽管RFSoC有巨大的潜力,但它并不是所有应用程序的灵丹妙药,和所有设备一样,它也有局限性。

Abaco公司的Hensen说:“当存在很多通道时,Zynq UltraScale+ RFSoC可以显著缩小系统的尺寸。当有2个或4个通道时,数字化射频存储器的功能将非常强大。

但是如果你使用16个通道时,就需要大量的滤波器,从而会消耗大量的资源。模数转换器和数模转换器也占据了数字化射频存储器的一些空间,但话说回来,即使你只使用4个模数转换器输入,在12位的情况下也可以获得4GS/s的速率,但在典型数字化射频存储器的一个时隙中这样做则非常困难。”

重要的是要记住,这只是Xilinx公司的RFSoC发展历史长河中的早期阶段。除了嵌入式系统公司、defense prime公司和分包商之外,国防部各研究小组目前正在研发第一代设备。第三代设备将具有更高的采样率和更宽的模拟带宽,更低的功耗和更好的时钟分配。

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第三代设备2020年末将开始生产。另一种型号的延迟更小,可能只针对美国市场(即国际武器贸易协议限制),其在应用程序(例如电子战)中的吸引力更强,因为该参数非常重要。

除此之外,RFSoC最终可能安装在数字化射频存储器的下一代产品VERSAL中,这就是Xilinx公司宣称的业内第一个自适应计算加速平台(ACAP)。VERSAL融合了硬件和可编程软件,可用于任何应用程序,相比现有的数字化射频存储器,在研发上实现了简化。

它的特点是标量引擎,包括2个ARM Cortex-A72应用处理器,2个Cortex-R5实时处理器,200多万个逻辑单元,3000个用于浮点处理和低延迟的数字信号处理引擎,以及1个管理控制器。它是用于人工智能和信号处理的超长指令字符(VLIW)矢量处理器的“智能引擎”。Xilinx公司的目标是超过现有中央处理器(CPU)、通用处理器(GPU)和数字化射频存储器的功能。

可编程资源包括Xilinx公司的数字化射频存储器,它可以与具备上述所有功能(通信、内存和高速1/0接口)的兆兆位网络芯片(NOC)集成。兆兆位网络芯片包括16通道的第四代PCIe,以及数据传输速率为32 GB/s的串行收发器和数据传输速率为100 GB/s的以太网,第四代PCIe的数据传输速率为8GB/s,数据传输速率是第三代PCIe的两倍。

今年6月,该公司已经生产了首批支持自适应计算加速平台(ACAP)的设备。虽然自适应计算加速平台(ACAP)有较大的市场,例如5G无线基础设施、自动驾驶和数据中心应用,也面向规模较小的国防市场,雷达、电子战和信号情报系统设计者以及执行认知电子战的人工智能设计者都对其感兴趣。

虽然现在做出确切的预测还为时尚早,但自适应计算加速平台(ACAP)的RFSoC应该是能够实现的,这将使该设备更适用于RFSoC技术目前无法实现的国防高信道密度应用。

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