数字射频技术对手机电路设计带来的影响及发展趋势

设计可在更小面积上制造出更大电容，顶部厚金属层不但将数字电源总线的IR压降减至最小，还能提高集成电容的Q值。

有了速度超快的CMOS射频器件，设计工程师不再需要某些要求严格的模拟滤波器。多数滤波器功能现在可由数字电路提供，使得功耗和芯片面积变得更小。CMOS射频器件只需很少的功率来开启和关闭阻抗固定的线性开关，这对于开关电容(switched capacitor)电路、混频器、开关电源、稳压器无源组件和D类放大器的设计都有极大帮助。

采样数据技术是避免使用高性能无源器件的方法之一。由于采样动作必然会导致频率变换，信号下变频将变得更容易。只要采样电容完成输入信号波形获取，我们就能轻易将多个电荷样本值结合在一起。在相同电容上对一个波形的多个采样可以实现简单的移动平均滤波器。采用这种方式，设计工程师还能很容易地开发出其它更复杂的FIR和IIR滤波器，还能藉由各种方法处理模数转换功能，同时利用数字信号处理技术进一步处理信号。

随着CMOS工艺的开关速度加快，器件也能以更高速率采样。输入信号超采样可以减少噪声混叠问题和放宽输入电路的设计要求，设计工程师可采用更复杂的滤波技术，在更靠近天线的地方进行模数转换，同时把更多的信号处理操作交给数字电路，以便充分利用逻辑工艺不断缩小所带来的各种好处。

由于65纳米对于设计规则的要求更严苛，因此面临工艺技术很多挑战，例如更狭窄的源极和漏极区所产生的更大寄生阻抗、更短的栅极宽度以及过孔更小的接触面，这些都可能导致器件性能下降。为了解决这些问题，厂商开发出许多新型硅化物材料，它们可以减少接触面电阻、源极/漏极寄生阻抗、栅极阻抗，避免性能的下降。

DRP的未来

要为A-GPS、数字电视、蓝牙、无线网络、UMTS或其它无线传输接口开发数字射频解决方案并不容易，因为它们的需求不同，例如无线网络需要更大频宽，EDGE必须使用8-PSK调制机制、宽带CDMA对于5MHz频带的线性特性也有许多要求。而先进的DRP技术提供了一套满足这些挑战的方法。

更小的工艺尺寸有助于厂商为各种系统及标准开发出数字射频解决方案和单芯片解决方案，例如将DRP升级至65纳米工艺的计划已经在进行中。升级到更先进的工艺会带来很多不同的挑战，解决此问题的关键是在研发初期就将工艺技术的开发和芯片设计方法紧密结合在一起。

图3：数字收发器架构。

模拟射频不久的将来将从无线电行业消失，OEM厂商将开始生产更先进的手机，并透过手机所包含的多种无线电功能提供各式各样的应用。随着半导体厂商升级到更小的工艺尺寸，CMOS技术将成为射频领域的主流技术。SiGe BiCMOS仍将用于雷达或某些微波系统等设备，移动通讯基站也可能继续采用这种工艺技术。

我们预期射频电路将成为CMOS工艺技术的重要推动力，不断缩小的工艺技术会使得射频噪声处理、隔离和无源器件性能日益重要。逻辑电路的密度和速度也会是CMOS工艺发展的重要动力。

许多手机必须内建多种无线电路才能提供消费者所期盼的功能，DRP显然是它们未来应走的道路。软件无线电对于高效率使用无线电器件和减少器件数目固然重要，但电路板面积才是促使厂商整合射频功能的主要因素。此外，耗电量和成本考虑也会让模拟射频工艺更快地淡出舞台。

不同设计工程师可能选择不同的集成方式，例如短期内先将收发器与模拟或数字器件集成在一起，但就长期而言，无线信号的所有处理操作最终仍将以数字方式进行。接收信号会先通过天线、开关和滤波器，然后由采样电路对低噪声放大器的输出信号进行采样，此部份或许还会用到某些混频信号处理，但之后所有功能就全是数字技术的天下。

作者：Bill Krenik
Peter Rickert
德州仪器公司