用戶需要更小更便宜的手機,在手持裝置中得到快速服務和更多功能。這正在促使業界加速創新解決方案,降低成本使產品盡快上市。這種外加壓力,使制造商重新考慮解決這些問題的技術。

硅技術和集成關鍵元件單元(如RF 收發器)能降低產品尺寸和成本。

蜂窩標準(如GSM)的嚴格性能要求,以前限制了RF收發器集成,迫使采用替代技術(如SiGe BiCMOS或雙極)?，F在,GSM/GPRS CMOS收發器普及率增加,使選擇CMOS RF技術增加了成熟性。

盡管CMOS RF收發器設計提供有力的、使人信服的優點,但設計工程師在開發手持WCDMA、EDGE、GPRS/GSM標準高集成度多模收發器時,必須克服結構和電路設計問題。投入時間和精力采用CMOS開發多模應用的RF收發器是值得的,市場的回答也是肯定的。

多模發展趨勢

為使全球經營者容納不同的蜂窩架構,手機制造商把多種無線蜂窩技術 (多模)結合在一個器件中,為特殊市場提供最好的買點方案。例如,市場上支持EDGE的手機數增加,具有向后與GSM/GPRS服務兼容。同樣,未來3G手機除EDGE/GPRS/GSM技術外,將支持WCDMA。全球漫游需要5個頻段：GSM-850MHz,E-GSM-900MHz,DCS-1800MHz,PCS-1900MHz和UMTS-2100MHz。手機設計師必須考慮所有這些要求,并滿足用戶對低成本和形狀因數產品的要求。

硅集成和模塊集成促進多模功能。大多數的多模平臺組合獨立的無線子系統,例如,支持GSM/GPRS和WCDMA的多模電話可具有一個帶GSM/GPRS收發器WCDMA收發器,以及RF前端和無源元件單元,以便支持兩個模式和頻段(見圖1)。這種方法最實用,因為GSM/GPRS和WCDMA信道位率是基于不同基準時鐘頻率(分別為13MHz/26MHz和19.2MHz)。一般的GSM/GPRS發送器結構(如OPLL)不能直接加到WCDMA。在該實例中,降低多模設計元件數和成本,需要較高的集成度和創新的RF技術。

圖1 采用分離3G和2G無線技術的典型3G多模/多頻段 RF設計

圖2 單片4頻段GSM/GPRS CMOS收發器框圖

多RF前端系統集成方案

4頻段GSM/GPRS系統的RF前端設計方案示于圖2,用一個高集成度單片CMOS收發器。天線開關模塊連接到發送和接收通路,對每個GSM頻段用接收器SAW濾波器和相關的匹配電路。發送通路至少需要兩個PA：一個PA用于GSM-850MHz和E-GSM-900MHz頻段,第2個PA用于1.8GHz DCS和1.9GHz頻段。

很多可用的集成RF前端模塊可降低元件數并簡化設計。它們包括帶動率放大器和功率控制邏輯功能(PA模塊)的模塊和帶PA及開關功能發送模塊 。在接收端,由SAW濾波器單元和帶多路開關和接收濾波器的RF前端模塊組成。

與圖2中的GSM/GPRS系統相比,圖1 3G多模系統的更復雜前端設計支持2.5G和3G RF信號傳輸。增加多路轉換器是必須的,因為WCDMA是基于頻分雙工,發送器和接收器是同時開關轉換。然而,像GSM/GPRS那樣,經濟定標將帶來前端元件集成。

當今蜂窩基站結構分成兩種：基帶功能分成分離模擬和數字基帶芯片或單片高集成CMOS SoC器件(包含實現模式和數字功能)。因為,每種方法具有截然不同的優點,所以在兩種分配方法之間進行選擇,取決于為大多數經濟平臺方案選擇未來集成路線等因素。

盡管單片方法節省PCB真正的面積,但用分離的模擬和數字基帶芯片,對于集成是最可取的道路,因為它使模擬基帶功能與實現數字基帶的“純”數字電路隔離。兩片方案也能使數字基帶定標更小的CMOS幾何尺寸,同時集成其CMOS平臺元件(如應用處理器,圖像處理器,存儲器)

基帶結構的一種趨勢是簡單地去掉模擬基帶芯片,于是使數字基帶功能集成最佳,同時簡化無線到基帶芯片接口設計。此方法在無線和數字基帶之間,采用一個高速數字接口?？梢砸幎ù私涌跒榇谢虿⑿小４薪涌诮档土似骷_數,但增加了高速緩沖器芯片上的晶體管數。并行接口增加引腳數和封裝尺寸,但在硅中可更有效地實現。

現在,DigRF Standards Body 為2.5G規定了標準高速串行接口規范(見圖3)。當支持數字接口時,無線設計將增加復雜性。它不僅僅必須執行模擬到數字和數字到模擬的轉換,而且必須有接口邏輯來處理基帶的數字通信。用CMOS工藝技術比其他工藝更容易、更經濟地實現這些功能。

圖3 無線和數字基帶之間的2G DigRF接口

圖4 單片4頻段CMOS收發器框圖

CMOS優點

用CMOS技術實現收發器有下列優點：

CMOS與SiGe BiCMOS工藝相比,在相等的工藝尺寸具有更低晶片成本結構。
　　CMOS允許用標準工藝在多個廠家進行芯片制造。
　　根據Moore定律,CMOS設計可以定標更小工藝尺寸。
　　CMOS能夠實現RF功能數字電路,導致高度可編程設計,使其具有小的芯片、高度可制造性,良好的堅固性。
　　CMOS收發器可以集成其他功能(如DigRF接口或數字基帶功能),從而構成單片RF和基帶元件。
　　CMOS已證明是實現收發器的一種技術,廠家已生產出大量GSM/GPRS、WLAN和藍牙無線電。
　　多模GSM/GPRS/EDGE/WCDMA手機選用收發器結構,是一個關鍵決定?，F在,在很多單片CMOS GSM/GPRS收發器中,通常集成VCO、頻率合成器、環路濾波器和DCXO,這種集成特別重要。高集成有助于保證良好的無線性能,這是因為關鍵功能與外部噪聲源屏蔽。