高性能多频RF单芯片 简化3G手机设计
由VCO无线射频(RF)输出的两个分频器启动,由内部演算系统选择适当的VCO频段,每次PLL启动或设定新的频率后,便随之启动,同时,进一步校准使PLL的所有偏差减到最小,如回路滤波器转角频率传播的问题。
芯片所有功能皆由一个灵活的程控接口所控制,兼容于多种标准、采用三线总线,并具有回溯兼容及完整读/写功能。标准的模拟接口,更提供移动电话制造商及平台供货商另一个优势,即兼容于多种3G基带信号处理器,因此容许从不同厂商挑选搭配不同的产品,达到最佳零件组合。
利用基本前端控制实现三频设计
为确保能够支持所有的UMTS频段及多种不同的频段组合,设计人员可能希望同时设定低、中、高三种频段,IC使用的频段,可利用三线串连总线,依适当的六频选择/前端控制输出引线,分别设定RX与TX的频段,图3是典型的三频应用举例说明。
图3 典型的三频应用举例
典型的三频UMTS方案所需的电路板尺寸,可小到370平方毫米,而且只需要七十四个组件,比其他只能支持单频的解决方案减少50%。由于多频及多模式操作,前端复杂性也逐渐提高,因此须有效控制外部组件,如功率放大器及电闸等,要满足这项需求,可采用高度弹性、软件程控的前端控制,依据事件而切换六个指定的接收频段与传输频段输出引线。
基本的前端控制功能能为每个频段提供三组任意的输出程控配置,有了此项功能,即可选择前端组件的信号路径。前端控制功能还可进一步自定义接收频段输出引线的切换延迟,而传输频段输出也可个别程序化,在传输路径关闭时降低输出,路径开启时再回到默认选择。
HSDPA芯片产品陆续推出
由UMTS提供的新服务,如高质量视信串流、快速下载音乐内容及互动游戏等,都使所需的传输速率大幅提高。3GPP WCDMA标准第五版使用高速下链封包存取(HSDPA)技术,数据传输速率可高达14.4Mbit/s,此进化也表示UMTS网络升级为HSDPA,该技术目前已在欧洲各地部署,传输速率在1.8M~3.6Mbit/s之间。随着科技进步,手机的地位日益重要,计算机数据卡也将率先成为支持HSDPA的应用。虽然网络仍处发展阶段,但支持HSDPA的RF与基带手机组件,都已陆续问世。
HSDPA需要新的下行共享频道、高速下行共享频道(HS-DSCH)、新的变频技术,以及快速有效的传输连结,也须以更复杂的硬件执行,如在无线电话的传输方面,采用HSDPA会影响相邻通道泄漏比(ACLR)效能及最大输出功率,这些问题在设计过程中都须谨慎考虑。而使用高阶变频以提高传输速率,代表整体效能也会提升,尤其会影响接收器线性;在接收方面,由于提高传输速率会增加SNR的需求,因此误差矢量幅度(EVM)直接受HSDPA影响,表2所示为依变频技术而定义的不同HSDPA类别、使用的编码及支持的传输速率。此外,最大传输速率(参考不同的HSDPA类别)取决于变频技术、编码率及编码数。
表2 HSDPA类别 | ||||||
类别 | 编码 | Inter-TTI | TB大小 | Soft Bits 总数 | 变频 | Data Rate |
10 | 15 | 1 | 28,776 | 172,800 | QPSK/16QAM | 14.4Mbit/s |
9 | 15 | 1 | 20,432 | 172,800 | QPSK/16QAM | 10.2Mbit/s |
8 | 10 | 1 | 14,600 | 134,400 | QPSK/16QAM | 7.2Mbit/s |
7 | 10 | 1 | 14,600 | 115,200 | QPSK/16QAM | 7.2Mbit/s |
6 | 5 | 1 | 7,300 | 67,200 | QPSK/16QAM | 3.6Mbit/s |
5 | 5 | 1 | 7,300 | 57,600 | QPSK/16QAM | 3.6Mbit/s |
4 | 5 | 2 | 7,300 | 38,400 | QPSK/16QAM | 1.8Mbit/s |
3 | 5 | 2 | 7,300 | 28,800 | QPSK/16QAM | 1.8Mbit/s |
2 | 5 | 3 | 7,300 | 28,800 | QPSK/16QAM | 1.2Mbit/s |
1 | 5 | 3 | 7,300 | 1,920 | QPSK/16QAM | 1.2Mbit/s |
11 | 5 | 2 | 3,650 | 14,400 | QPSK only | 0.9Mbit/s |
12 | 5 | 1 | 3,650 | -- | QPSK only | 1.8Mbit/s |
CMOS为UMTS接收器主流制程技术
虽然多频功能及HSDPA支持是接收器必然的趋势,所有无线电话业者也已普遍采用,在制程上,新兴的CMOS技术也逐渐成为接收器设计应用的新选择,取代硅锗(SiGe)及两极CMOS (BiCMOS)制程,且几乎所有的接收器业者,目前的设计都采用CMOS。
CMOS比起传统的BiCMOS与SiGe制程技术,具有价格上的优势,所需的屏蔽及制造步骤都较少,CMOS技术的特色包含更快的晶体管、且可达到非常小巧的设计,加上增强整合的可能性,因此新一代RF设计日渐改用CMOS技术。另外,采用CMOS技术得以执行更高比率的数字逻辑,因此更能够弹性整合各种补偿技术,如直流偏移及滤波校准。CMOS制程也能够缩短锁定时间,并快速设定非整数锁相回路频率;在一些特定功能上,如随机存取内存(RAM)信息回读,使特殊的RAM在待机状态时保持默认程序设定,IC重新启动时仍可适用,上述都是CMOS制程才可能达到的功能。
由于半导体制造商在许多其他产品上都采用CMOS,因此同一类的技术制程及生产线都可用于手机的各种数字、RF及混合信号组件,以进一步缩小体积,提高整合程度。
随着多频手机的需求量大增,能支持不同频