高性能多频RF单芯片 简化3G手机设计

通用移动通信系统(UMTS)在第三代(3G)移动通信系统发展中，被认为是可能取代既有全球移动通信系统(GSM)的新兴技术之一，UMTS已成为具备涵盖欧洲、亚洲、北美及日本等地不同频段的全球标准。

为充分利用这项科技，以达到全球漫游、更多功能、提供更快的信息传输率，UMTS移动电话的设计人员日渐需要多频段的支持，同时也积极寻求更精巧平价的组件，这对所有通信半导体供货商而言是莫大的挑战。

UMTS系统在各国各地区所使用的频段不尽相同，为使手机使用范围更加广泛，因此新一代RF收发器应运而生。采用CMOS制程、涵盖多频段的RF系统单芯片，除可使手机设计更为弹性外，还可让工程师易于在原有的架构上，设计全新的UMTS手机。

为迎接这项挑战，芯片设计人员在设计新一代无线射频(RF)收发器时，以体积小、低功耗、支持多频段这三项功能为主要考虑，要解决这些问题，须将多频功能整合在单一芯片上，包括一个可适性接收基带滤波器，完全整合的非整数锁相回路(包括传送与接收)，以及复合式、灵活的程控操作接口，此外，芯片的制程也必须符合手机极小巧精密的需求。

理想的解决方案是单芯片、低功耗的互补式金属氧化物半导体(CMOS)射频收发器，可以支持目前宽带分码多重接取(WCDMA)、UMTS全球无线电频分双工(UTRA FDD)系统指定的所有UMTS频段，UMTS话机只要插入这种芯片，便可在欧洲、亚洲、北美及日本使用，确保这些手机可无阻地使用于最广泛区域，并使服务无远弗届。

UMTS涵盖不同频段

UMTS的目标是成为全球标准，其涵盖多个不同频段，因此难以预测接下来的几年，到底哪个支持的频段才是市场所需，表1显示不同的UMTS频段及广为使用的区域，目前手机设计人员最常要求的UMTS频段组合是频段一、二和五，可允许国际漫游，然而，为顺应市场需求、移动通信业者与终端用户的期待及偏好，这些组合可能随之改变。

若半导体供货商能掌握高度易变的因素，包括长期需求、多频支持、提供最佳设计弹性等关键，即可成功打入市场。而可支持目前国际电信联盟(ITU)指定的大部分UMTS频段，同时能解决北美1,900MHz范围的频段，已被ITU分配给2G移动网络及卫星通信使用的特殊状况之单芯片多频收发器，有助于缩减设计时间及资源，允许话机制造商推出全球通用的单一设备。

以英飞凌(Infineon)的SMARTi 3G单芯片为例，可以单芯片收发器IC支持目前规定的所有UMTS频段，提供多达三个频段的灵活运用，这款收发器的设计包括Zero-中频(IF)接收(RX)路径、直接转换传送(TX)路径及非整数频率合成器，还包含可在混合式滤波器模式下启动的级间陷波滤波器(Notch Filter)，以适用于北美频段配置，同时允许由软件激活额外的陷波滤波器，以符合UMTS对频段二及三的特定需求。

接收器一般采非常线形的设计，可程控增益控制(RX PGC)也非常线性，因此在手机生产过程中，只需极少数的校准点，此可直接反映为客户节省的时间及成本，图1说明接收器的两大特色，并显示在不同输入功率下，在UMTS频段一运作的复合误差矢量振幅(EVM)及信噪比(SNR)。

图1　UMTS频段时，接收器功能曲线图。

传输路径包括一个三级巴特沃斯(Butterworth)型基带主动滤波器、直接升压器、VGA平台及高功率输出驱动平台。适量加偏压于VGA平台以保证在全输出功率幅度下，达到最小的电流消耗，每一个直接转换传输路径均包含一个完全差动的可程控输入缓冲器，以处理不同基带输入信号。附加的三级Butterworth型基带滤波器会移除无用的信号内容，如基带数字模拟转换器(DAC)夹带的远程噪声或杂散发射(Spurious Emission)，同时避免需要的信号失真。

总体而言，TX呈现明显的线性，形成较佳的噪声指数及输出功率，图2比较业者指定偏移量(频段一，TX1,950MHz)中的FDD信号功率(线1)，与第三代合作伙伴计划(3GPP)规定的频谱屏蔽(线2)，此图显示收发器性能具备因应整个系统的广度，可满足3GPP的要求。

图2　传输频谱屏蔽与3GPP规格比较

RX与TX均使用完全整合的非整数锁相回路合成器，拥有芯片回路滤波器与参考电阻，尽可能减少外部零组件需求。为涵盖所有营运的频段，并且提供额外的频段广度，因此使用具广泛调幅的差动VCO，UMTS频段五及六的操作，可