“Los ingenieros de diseño de 5G y la Internet de las cosas (IoT) tendrán que enfrentarse a retos ya conocidos: diseños de tamaño superior, integración y complejidad mayores, paso de diseños de un solo circuito integrado a módulos multichip, integración de múltiples tecnologías (como GaAs, GaN, SiGe/Si/SOI y CMOS) y estándares con especificaciones más restrictivas. Otra tendencia clave será la de equipos de diseño con menos personal y presupuestos más reducidos, por lo que tendrán que surgir iniciativas que incrementen la eficiencia en los flujos de diseño”.
Aunque estas tendencias aportan ciertas ventajas clave, también están obligando a los ingenieros de diseño de 5G e IoT a enfrentarse a nuevos retos, muchos de los cuales derivan de aquellos que el sector lleva tratando de solucionar los últimos diez años. Algunos de los retos decisivos son: optimizar el consumo energético, gestionar los efectos electrotérmicos y solucionar los crecientes problemas de la simulación de circuitos debidos a la mayor complejidad de los diseños, evitando a la vez el acoplamiento magnético cada vez mayor debido a la reducción en su tamaño. Otros incluyen la integración, evaluación y elección de la combinación “adecuada” de tecnologías, y la comprobación del funcionamiento según las especificaciones de los estándares del sector en un amplio espectro de frecuencias. Para mantenerse a la vanguardia de estas tendencias y hacer frente a estos retos, los ingenieros de diseño de la actualidad necesitan soluciones potentes y flexibles que evolucionen al ritmo de tendencias y estándares. Y ahí es donde EDA de Keysight entra en juego: en tanto que proveedor líder de software de automatización para diseño electrónico (EDA) de productos de comunicaciones, ofrece las herramientas que hoy en día utilizan más de dos tercios de los ingenieros de diseño de RF y microondas de todo el mundo. En particular, el software resuelve problemas de diseño en sistemas de comunicaciones, especialmente en el diseño de placas y circuitos integrados y la simulación de aplicaciones, incluyendo redes inalámbricas 5G y 802.11xx, así como Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee y Wi-SUN para IoT. Para darnos cuenta de ello, basta con observar a los clientes de Keysight. Son líderes del sector con sus productos de 5G e IoT, y han confiado en el software EDA de Keysight para lograrlo.
Renesas Electronics: solución inalámbrica inteligente de BLE para aplicaciones de IoT
Muchas aplicaciones de IoT precisan de pequeños dispositivos alimentados por batería que deben funcionar durante largos periodos de tiempo —meses o incluso años— con una simple pila de botón. Así, minimizar el consumo de energía es una limitación clave en el diseño de aplicaciones de IoT. Renesas presentó recientemente una nueva tecnología y un grupo de microcontroladores que integran un transceptor de RF BLE capaz de funcionar hasta dos años o más con una pila de botón CR2032. El diseño emplea un conmutador Tx/Rx integrado, un convertidor DC/DC y redes de adaptación/reutilización de filtros para reducir el tamaño de chip y el consumo de energía. Los convertidores DC/DC de alta eficiencia normalmente necesitan altas velocidades de conmutación y espirales de silicio compactas, lo que produce componentes de frecuencia de RF y provoca efectos electromagnéticos indeseables. Hisayasu Sato, director del equipo de diseño de Renesas y experto certificado de Keysight diseñó con éxito el transceptor en una única iteración de diseño gracias a los RFIC de silicio GoldenGate y al software de simulación Momentum de Keysight. Este transceptor, que ofrece el menor drenaje de corriente delmercado, se utilizará como tecnología de núcleo para comunicaciones móviles a corta distancia en dispositivos ponibles y otras aplicaciones de IoT. Esta innovación permitió a Renesas acelerar su uso de dispositivos integrados en aplicaciones de IoT y últimamente le ha llevado a lanzar los nuevos microcontroladores RL78/ G1D.
Plextek RF Integration: circuito integrado para amplificador de potencia de fase ajustable, 4 canales y 28 GHz para aplicaciones 5G
Se espera que la tecnología móvil 5G ofrezca a los usuarios una sensación de capacidad prácticamente infinita para disfrutar de “todo, en cualquier lugar y siempre conectado”. Para lograrlo, los dispositivos necesitarán velocidades de datos mucho mayores y tendrán que funcionar a frecuencias de ondas milimétricas con un ancho de banda suficiente. No obstante, la propagación de señales con ondas milimétricas resulta mucho más complicada a las frecuencias que suelen encontrarse en las comunicaciones móviles. Para responder a este reto, Stuart Glyn y Liam Devlin, CEO de Plextek RF Integration y experto certificado de Keysight, utilizaron el software Advanced Design System (ADS) de Keysight para desarrollar un innovador diseño de circuito integrado para amplificador de potencia con fase ajustable 5G, 4 canales y 28 GHz para su uso en terminales de radio 5G (Figura 2). Se diseñó a partir de un proceso pHEMT de GaAs de 0,15 μm comercial y en principio se albergará en un paquete SMT de bajo coste adecuado para la producción a gran escala. El circuito puede utilizarse en dispositivos móviles 5G o estaciones base. Lo que hace único al circuito integrado de Plextek RF Integration es que cada uno de sus canales cuenta con un amplificador de potencia con un transformador de fase integral de 4 bits controlado digitalmente que ofrece una solución compacta para la orientación del haz (Figura 3). Componentes innovadores como este son clave para que los diseños de hardware resulten adecuados para las frecuencias de ondas milimétricas con un ancho de banda suficiente.
Conclusión
A medida que evolucionen los sistemas de comunicaciones móviles 5G e IoT, las herramientas EDA serán fundamentales para que sus ecosistemas avancen y las promesas del sector se hagan realidad. Renesas y Plextek RF Integration son solo dos ejemplos de empresas punteras que han utilizado con éxito las soluciones EDA de Keysight para el desarrollo de 5G e IoT. Además de dar apoyo a sus clientes en sus esfuerzos, Keysight colabora con consorcios del sector, empresas asociadas y centros educativos. Además, sus ingenieros de aplicaciones y de I+D, todos ellos expertos del sector, desempeñan un papel clave desarrollando software, instrumentación de banco de trabajo y soluciones de fabricación para el avance de 5G y otros estándares emergentes, así como IoT. La combinación de liderazgo, conocimiento experto y herramientas de diseño líderes del sector es lo que permite a los clientes de Keysight responder a los retos de diseño más complicados, hoy y en el futuro, incluso lejano.
