眾所周知，FPGA是從簡單的膠合邏輯合并一直發展到能夠實現復雜的數字功能。在這個過程中，FPGA包含了種類越來越廣泛的硬邏輯內核和功能，比如處理 器和專用接口模塊。一些FPGA還擁有復雜的模擬功能，如高速收發器，但總的來說，FPGA實際上才觸及到模擬世界的邊緣。

與此相反，現場可編程射頻芯片（FPRF） 來源于無線領域，它給人們帶來了令人興奮的新的可能性。在最高的抽象層，FPRF發送器接受數字化的數據流，然后轉換成無線信號。與此同時接收器執行相反 的操作。另外還有編程關鍵參數（如射頻頻率、增益和帶寬）的功能。通常一個FPRF芯片包含框圖1所示的幾個主要部分：

圖1：FPRF芯片的幾個主要構成部分

當我第一次學習這種器件時，我發現它帶來的射頻功能有點類似于FPGA在邏輯域中提供的功能。首先，它由客戶進行編程，而不是在工廠中進行編程。其次，配套的工具允許客戶進行在線試驗和修改參數。第三也是最重要的一點，應用范圍僅受用戶想象力的限制。

這款FPRF芯片是在美國國內為一家名為Lime Microsystems的英國公司制造的。器件型號是LMS6002D，但Lime公司創造了FPRF這個新的縮略詞，因為這個詞抓住了產品的本質。

下面讓我們更深入地了解這個產品。無線傳輸使用了多種不同的調制方案，同時芯片接受同相（I數據）和正交（Q數據）字形式的數據。在發送路徑中，數據先經一對片上數模轉換器（DAC）轉換成兩個模擬信號。用戶可以選擇旁路掉這些DAC，將模擬信號直接注入器件或監視DAC的輸出。

下一步操作是對信號進行濾波。這個濾波器的通帶由用戶編程為范圍從1.5MHz至28MHz的16個不同帶寬之一。濾波將信號限制為所選的帶寬，并衰減掉任何帶外噪聲或來自DAC的混疊信號。下面是發送（TX）路徑的框圖：

圖2：發送（TX）路徑的框圖

濾波器可以將信號提升6dB，隨后緊跟著的可編程基帶增益電路可以經過調整提供最高達31dB、增量為1dB的增益。然后信號經混頻后直接提供所要求的調制 射頻輸出。發送PLL合成器將輸入PLL時鐘乘以一個可編程的比值，然后產生一個具有嚴格精度的穩定頻率。射頻增益級電路（當然是可編程的）提供從 FPRF器件輸出的最終信號提升。發送功率電平無需任何進一步放大就足夠用于短距離的通信，比方數十米。用戶可以使用外部放大電路增加通信距離。

不出意外，接收路徑也是高度可編程的。FPRF器件提供三種低噪聲放大器（LNA）選擇。通用的寬帶輸入電路設計用于處理頻譜從300MHz至3.8GHz 的射頻輸入信號。為了增強性能，另外兩個低噪聲放大器分別針對300MHz至2.8GHz（Lo LNA）和1.5GHz至3.8GHz（Hi LNA）的信號進行了優化。下面給出了：

圖1：FPRF芯片的幾個主要構成部分

接收路徑中的混頻器使用與發送器相同的PLL時鐘輸入，但用不同的合成器提供全雙工和直接下變頻功能。在模擬信號被數字化并輸出為I&Q數據流之前，還要經過可編程增益和濾波電路。

所有不同單元的配置都是通過簡單的SPI接口編程進控制邏輯。每個單元都是通過加載一個16位的字進行編程的，這個過程可以是靜態的，對更為復雜的應用來說，也可以在線修改參數。

配置是用簡單的圖形用戶界面完成的，在這個界面上可以控制上述功能以及測試和回路模式。這個圖形用戶界面如下所示：

圖4：用于控制FPRF器件的圖形用戶界面

至此我們已經考慮了器件技術性細節的簡單描述——但你可以用它來做什么呢？好吧，這個芯片設計得非常靈活，因為它的關鍵應用之一是毫微微蜂窩和微微蜂窩，下面我來詳細解釋。這些盒子用作蜂窩電話的本地基站，并且鏈接進互聯網，從而在家里或小型辦公室內提供快速連接。舉例來說，靠我家最近的基站是在山的另外一邊，因此我的接收信號很不穩定。毫微微蜂窩可以讓我不再依賴于來自基站的信號。

為這些應用設計射頻芯片的挑戰在于，全球的蜂窩系統是不同的，4G或LTE手機要做到真正的全球覆蓋，可能需要40種以上不同的組合。因此FPRF設計師不得不做成可編程的，以免受限于單一市場。

一旦你的芯片覆蓋了所有蜂窩頻率，你也就覆蓋了許多其它應用。例如，將電視傳送從模擬改為數字可以釋放一堆頻譜用于新的無線服務。這些頻譜被稱為“空白電視信號頻段”，許多公司正在努力開發各種各樣的產品，范圍涵蓋了家用電器、智能抄表、機器到機器（M2M）和農村寬帶。

頻譜分析儀就是Lime公司用于演示的一個應用。芯片中的接收器在上述頻段上掃描并偵聽所有頻率，即時輸出顯示為頻譜圖。這個應用展示了FPRF芯片快速和動態改變的能力。軍用系統制造商很快抓住了這個機會，正在致力于設計軟件無線電（SDR）系統。

但是只有當你把FPGA和FPRF組合在一起時事情才真正變得有趣起來。所有現代無線系統都大量欠缺用于調整信號并從噪聲中恢復出數據的數字處理功能。 Myriad-RF評估板可以連接TerAsic公司的Altera DeO-Nano板和FPGA 夾層卡（FMC）賽靈思板，包括Artix整個7系列的產品、Kintex和Virtex所有可編程FPGA和Zynq所有可編程SoC。上述應用所需的 Myriad-RF接口板可以通過Azio公司定購。

將FPGA和FPRF電路板組合在一起

同時訪問可編程射頻和可編輯邏輯開啟了全新的機會。例如，我研究過在大學教學和研究中使用FPRF器件的可能性，它將開啟各種繽彩紛呈的應用。研究人員正在 考慮將這種器件用于蜂窩應用，如此便可以在邏輯域實現特定算法，并在射頻輸出端查看結果。另一方面，FPRF可以接收微弱信號，研究人員可以用FPGA試 驗不同的糾錯機制。其它可能性包括將FPRF芯片用于評估自組織網絡、地面穿透雷達或車到車通信的資源管理算法。

FPRF允許專業人士和業余愛好者都能訪問靈活的無線收發器，這些收發器在今后幾年中將應用于許多新的產品。當然，如果想要發送無線信號，不要忘了確認當地法規允許的功率電平和頻率。