提高射频电路集成度应对多模手机设计挑战

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1、提高射频电路集成度应对多模手机设计挑战

2、第1为满足下一代蜂窝设计对更多特性、多模式及工作频率的需求，工程师们必须寻找提高射频前端集成度的途径。通过采用CMOS工艺的最新集成方案，他们找到了应对这一挑战的答案。消费者对更小、更便宜和手持式设备中实现更多功能以及高速无线数据业务与多重无线电技术(多模式)需求，正推动移动市场的增长。在2.5G网络(GPRS及CDMA1xRTT)与3G网络(UMTS/A及cdma2000)的进展使高速无线数据业务成为可能的同时，通过采用适当的硅工艺以及集成射频收发器等关键构建模块则可减少及手持式设备的

3、尺寸及成本。500)this.style.ouseg(this)">图1：多模式平台中常见独立无线子系统。制造商整合多种技术来向特定市场提供他们认为销售最佳的解决方案。例如，支持GSM、GPRS、EDGE及A的使用户能用一种设备来接入多个高速网络，这也是多模式技术最基本的应用模式。而GPS、蓝牙及无、A、蓝牙及GPS的多模式可能以GSM/A基带、应用处理器、电源管理IC、存储器IC、GSM射频收发器、构成A收发器的分立元件、单芯片蓝牙系统、双芯片GPS子系统以及多模式射频前端与无源器件等来构造，以支持各种无线功能。在这种例子中

4、，单芯片蓝牙及双芯片GPS芯片组与应用处理器相连，而其各自的驱动程序则被嵌入至控制整个平台工作的操作系统中。此外，由于它们为独立的“单机”系统，故蓝牙与GPS子系统可在由建立的网络通话中并行工作。尽管多种无线功能的“系统级”集成对于某些应用来说很有意义，但这并不能获得一种针对最低成本或最小外形尺寸进行优化的解决方案。多模式功能的最终集成是在射频前端、基带及收发器等元件级上进行。集成射频前端系统基于GSM标准并工作于时分双工基础上的蜂窝，使其射频前端系统仅需以开关来实现。最简单的GSM以单频段模式工作，且仅需要一个单刀双掷开关、

5、一个接收器滤波器与匹配网络及一个功放。不过，当今市场对更多功能的需求对GSM提出了能支持多达4个频段的要求。因此，四频段GSM可能含有多达4个发射通道及4个接收通道。发射通道至少需要有两个功放：一个用于GSM850与GSM900频段、另一个用于DCS-1800及PCS-1900频段。若再加上接收通道所需的滤波器及无源器件，则一共有6个通道，从而增加了设计复杂性及器件数量。在将诸如802.11b及802.11b工作于不同频段，故其前端器件不能共用，因此两种模式都要求在PCB板上拥有一组自己的功率放大器(PA)、开关网络、接收器匹

6、配电路及滤波器。对于这些前端功能的实现，其最佳方法是采用预集成模块与封装。以包含功率放大器及功率控制逻辑功能的多芯片模块为形式的PA模块，已经用于多频段及多模式802.11a/gOS系统级芯片(SoC)，且要么是一块芯片同时具有数字与模拟功能，要么是模拟与数字基带各一块芯片。在这两种方案之间进行选择受到多种因素的影响，包括未来的集成方案。双芯片方案是最有竞争力的集成方式，因为模拟基带功能与构成数字基带的“纯”数字电路相互隔离。采用这种方式，数字基带可遵照摩尔定律缩小到越来越小的CMOS几何尺寸，而这是模拟电路难以实现的。此分割

7、方案的另一项优势是，可在其中一块SoC中集成其他数字CMOS平台器件(如应用处理器、图像处理器及存储器等)。随着数字射频接口的出现，如目前DigRF标准组织所定义的接口等，模拟电路可能完全在基带中消失。这种方法提倡在无线电与蜂窝基带之间定义一个标准高速数字串行接口。OS实现射频收发器集成尽管通过封装或模块技术以及将基带功能与平台上其他数字功能进行集成可整合射频前端系统，但开发一种高度集成的多频段/多模式收发器仍是一项极具挑战的工作。射频设计所取得的最新进展使得有可能用CMOS工艺来制造单芯片多频段GSM/GPRS收发器，而且还

8、不用牺牲性能。但用CMOS工艺来制造蜂窝多模式射频/混合信号IC甚至更具挑战，要求采用全新的电路架构与技术，以及先进的设计技能。其关键挑战是将射频发射器及接收器电路与频率合成器、振荡器及滤波器等进行集成，同时支持多个无线模式与频段。例如，虽然可将收发器设计成支持GMSK、8-PSK、A及高速数据分组接入(HSDPA)模式，但还需要支持从GSM850MHz频段至具有各种信道带宽的UMTS2GHz以上频段的多个频段。此外，多模蜂窝收发器还必须满足严格的性能指标——优于-102dBm的灵敏度以及用于GSM/GPRS发射屏蔽的4dB余

9、量。故设计者必须极为仔细地选择可优化设计性/价比的最佳硅技术与收发器架构。对于多模集成来说，CMOS不失为一种理想的工艺技术，因为它能在单个芯片上有效地实现数字信号处理与射频/混合信号电路。CMOS收发器可利用摩尔定律带来的更低成本及更高性能的优势，而这是BiCMOS或SiG