چیپ‌های RF اجزای اصلی در سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم هستند که مستقیماً بر پوشش، مصرف توان و قابلیت اطمینان دستگاه‌های ارتباطی تأثیر می‌گذارند. در چارچوب تحول هوشمند صنعت برق، LTE اختصاصی چیپ‌های RF عمل‌کننده در باند فرکانسی ۲۳۰ مگاهرتز به فناوری کلیدی در پشتیبانی از سیستم‌های قدرت ارتباطات بی‌سیم پهن‌باند تبدیل شده‌اند. این تراشه‌ها نه تنها یکپارچگی بالا، مصرف توان پایین و امنیت قوی را ارائه می‌دهند، بلکه نقش حیاتی در اتوماسیون توزیع شبکه هوشمند، جمع‌آوری داده‌های برق و ارتباطات اضطراری ایفا می‌کنند.

۱. سیستم‌های ارتباط بی‌سیم پرقدرت و پیشینه فناوری چیپ‌های RF

با پیشرفت ساخت شبکه‌های هوشمند، نیازها به ارتباطات بلادرنگ، قابلیت اطمینان و پوشش در سیستم‌های قدرت سخت‌گیرانه‌تر شده‌اند. در میان استانداردهای مختلف ارتباطات بی‌سیم، سیستم LTE230 به دلیل طیف آزاد، پوشش گسترده و قابلیت نفوذ قوی، به راه‌حل ترجیحی برای شبکه‌های خصوصی بی‌سیم انرژی تبدیل شده است. به‌عنوان یک مؤلفه حیاتی در لایه فیزیکی این سیستم، عملکرد چیپ‌های RF مستقیماً پایداری و کارایی کل لینک ارتباطی را تعیین می‌کند.

در مقایسه با مدارهای سنتی که از قطعات گسسته استفاده می‌کنند، مدارهای بسیار یکپارچه چیپ‌های RF به‌طور قابل‌توجهی اندازه و هزینه سیستم را کاهش داده و در عین حال عملکرد کلی را بهبود می‌بخشد. بنابراین، طراحی یک سامانه اختصاصی چیپ فرکانس رادیویی تطبیق با الزامات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی سیستم قدرت، به یک گام کلیدی در ارتقای سیستم‌های ارتباطی قدرت تبدیل شده است.

۲. معماری سیستم و فناوری‌های کلیدی چیپ RF اختصاصی

این مقاله یک اختصاصی را معرفی می‌کند چیپ فرکانس رادیویی که از فناوری RFCMOS با فرآیند ۱۳۰ نانومتری استفاده می‌کند. این فناوری یک فرستنده-گیرنده رادیویی، باند پایه دیجیتال، میکروکنترلر ۸ بیتی و ماژول صوتی را در معماری سیستم روی تراشه (SoC) یکپارچه می‌کند و یکپارچگی کامل را از ارسال و دریافت سیگنال تا پردازش پروتکل، فشرده‌سازی صدا و رمزنگاری امنیتی فراهم می‌آورد.

۱. طراحی معماری ترانسیور

گیرنده از ساختار IF پایین بهره می‌برد و با استفاده از فیلترهای پیچیده، تداخل تصویر و نویز خارج از باند را به‌طور مؤثر سرکوب می‌کند. فرستنده از معماری تبدیل مستقیم استفاده می‌کند که ضمن تضمین عملکرد بالا، مصرف توان پایین را در ابعادی جمع‌وجور فراهم می‌آورد. این طراحی به‌طور مؤثر به پیچیدگی‌ها و مشکلات عیب‌یابی راه‌حل‌های گسستهٔ سنتی می‌پردازد.

۲. باند پایه دیجیتال و پردازش سیگنال

The چیپ فرکانس رادیویی در حوزه دیجیتال مدولاسیون سیگنال، دمدولاسیون و برآورد کانال را انجام می‌دهد و انعطاف‌پذیری سیستم را افزایش می‌دهد. بخش پردازش باند پایه به جای هسته‌های عمومی DSP از مدارهای مجتمع اختصاصی استفاده می‌کند که ضمن کاهش مصرف توان، دقت دمدولاسیون و عملکرد بلادرنگ را تضمین می‌کند.

۳. ماژول‌های عملکرد یکپارچه

برای برآورده کردن نیازهای متنوع سناریوهای مرتبط با توان، چیپ فرکانس رادیویی همچنین یک ماژول فشرده‌سازی و پخش صدا را یکپارچه می‌کند. این ماژول از کنترل حجم صدا به‌صورت آنالوگ و دیجیتال پشتیبانی می‌کند، نیاز به چیپ‌های صوتی خارجی را از بین می‌برد و اندازه و ساختار هزینه دستگاه پایانی را بهینه‌تر می‌سازد.

۳. قابلیت‌های تقویت امنیت و تست خودکار

در سیستم‌های قدرت، دستگاه‌های ارتباطی اغلب در محیط‌های الکترومغناطیسی پیچیده و ایستگاه‌های بدون حضور انسان مستقر می‌شوند، جایی که امنیت دستگاه و کارایی عملیاتی از ملاحظات کلیدی هستند.

۱. مکانیزم رمزنگاری فریمور

The چیپ فرکانس رادیویی دارای یک فیوز الکترونیکی ۱۲۸ بایتی است و دارای عملکرد شناسایی شناسهٔ منحصربه‌فرد تراشه می‌باشد. این دستگاه از قفل سخت‌افزاری برای رمزنگاری فریم‌ور استفاده می‌کند، به‌طوری‌که حتی اگر برنامه به‌صورت غیرقانونی خوانده شود، روی دستگاه‌های دیگر قابل اجرا نخواهد بود. این امر به‌طور مؤثر از سرقت نرم‌افزاری و نشت اطلاعات جلوگیری می‌کند.

۲. پشتیبانی تست خودکار

The چیپ فرکانس رادیویی طراحی شامل یک مدار تست تعبیه‌شده است که از رویه‌های تست خودکار برای تشخیص عملکرد با یک کلیک پشتیبانی می‌کند. نتایج تست به‌صورت بصری با عبارت “PASS/FAIL” در رابط نرم‌افزاری نمایش داده می‌شوند که به‌طور قابل‌توجهی هزینه‌ها و نیروی کار تست خط تولید را کاهش داده و در عین حال کارایی استقرار و نگهداری سیستم را بهبود می‌بخشد.

۴. اعتبارسنجی آزمون و شاخص‌های عملکرد

آزمایش‌های سیستم در باند فرکانسی ۲۳۰ مگاهرتز نشان می‌دهند که چیپ فرکانس رادیویی در شرایط چندکاناله به‌طور پایدار عمل می‌کند. به‌عنوان مثال، با نرخ دادهٔ 14.96 مگابیت بر ثانیه، توان خروجی در 13 کانال آزمایشی در محدودهٔ مشخص‌شده باقی ماند و همهٔ آن‌ها از اعتبارسنجی عملکرد موفق بیرون آمدند. نتایج نشان‌دهندهٔ تطبیق‌پذیری خوب در باند فرکانسی و عملکرد یکنواخت ارسال-دریافت است که نیازهای واقعی استقرار سیستم‌های بی‌سیم پرقدرت را برآورده می‌کند.

۵. نتیجه‌گیری و چشم‌انداز

توسعهٔ موفقیت‌آمیز این اختصاصی چیپ فرکانس رادیویی نشان‌دهنده یک پیشرفت مهم در هسته چین است. چیپ فرکانس رادیویی زمینه‌ای برای ارتباطات بی‌سیم پرقدرت. طراحی بسیار یکپارچه، سازوکارهای امنیتی فریم‌ور در سطح سیستم و پشتیبانی کارآمد از آزمون‌ها، تضمین ضروری دستگاه را برای ساخت شبکه هوشمند فراهم می‌کنند.

با نگاه به آینده، با توسعه 5G-A/6G، اینترنت اشیاء (IoT)، و اینترنت انرژی،, چیپ‌های RF ادامه خواهد داد تا به سمت یکپارچه‌سازی چندباند، قابلیت‌های تعریف‌شده توسط نرم‌افزار، مدیریت هوشمند و مصرف توان کمتر حرکت کند. انباشت فنی و قابلیت‌های سیستماتیک اختصاصی چیپ‌های RF پایه‌ای محکم برای خودکفایی چین در حوزه تراشه در اینترنت اشیا صنعتی، ارتباطات اضطراری و حوزه‌های گسترده‌تر فراهم خواهد کرد.