高集成度設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)無(wú)線(xiàn)設(shè)備需求

　　集成一直是無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)步的關(guān)鍵，它使設(shè)備實(shí)現(xiàn)了多功能、小型化。盡管手機(jī)處于這些趨勢(shì)的前沿，但降低成本、加快上市速度也是促使蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)更高集成度的驅(qū)動(dòng)力。隨著無(wú)線(xiàn)集成設(shè)計(jì)人員力求在更小封裝內(nèi)集成更多功能，在單一器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)模擬、數(shù)字和高頻功能等更高水平的集成依舊是IC的主流趨勢(shì)。手機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)人員試圖在單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)集成多個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的訴求使問(wèn)題變得更加復(fù)雜。為平衡這些不同的需求，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)技術(shù)借力放大器、收發(fā)器和其它器件的先進(jìn)技術(shù)資源和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以期創(chuàng)造出不犧牲性能且集成度更高的系統(tǒng)。

　　Analog Devices（ADI）射頻事業(yè)部高級(jí)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Dale Wilson指出，“尺寸作為設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的考量標(biāo)準(zhǔn)，在手持和便攜式應(yīng)用中是尤為突出；而在較大的系統(tǒng)中，對(duì)尺寸大小也有要求，客戶(hù)希望在一定體積內(nèi)，實(shí)現(xiàn)更多更強(qiáng)的功能。在多數(shù)情況下，客戶(hù)希望單個(gè)設(shè)備在擁有多功能的同時(shí)，成本能有所下降。此外，他們還希望能夠減少組裝和測(cè)試成本、簡(jiǎn)化實(shí)際設(shè)計(jì)工作。如果調(diào)諧、濾波、偏置等功能都能在芯片上實(shí)現(xiàn)，則可以大量減少用戶(hù)端的工作量，同樣也可以加快客戶(hù)產(chǎn)品的面市時(shí)間。分立射頻元件的性能通常比高集成度器件要好。但在許多應(yīng)用中，只要目標(biāo)價(jià)格得以實(shí)現(xiàn)，那么性能‘足夠好’就可以接受。因模擬和高性能射頻器件更多地采用CMOS工藝，也就有更多機(jī)會(huì)集成數(shù)字控制功能。”

　　為應(yīng)對(duì)這種高集成度的要求，ADI公司傳統(tǒng)上采用先進(jìn)的雙極型工藝實(shí)現(xiàn)其眾多高性能射頻產(chǎn)品。然后，客戶(hù)會(huì)在其系統(tǒng)內(nèi)采用數(shù)字控制功能。Wilson指出，ADI現(xiàn)正采用最新的BiCMOS工藝，它具有優(yōu)越的模擬性能以及在芯片中集成數(shù)字控制功能的能力。CMOS工藝也被用來(lái)實(shí)現(xiàn)高度集成的射頻器件，并且采用數(shù)字化處理來(lái)克服射頻性能局限。

　　去年秋天，ADI首次推出了支持高密度射頻卡的射頻混頻器和調(diào)制器，而且它能提升長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）和第四代（4G）基站（圖1）的容量和速度。ADRF670x系列混頻器和ADRF660x系列調(diào)制器可在單一器件內(nèi)整合多個(gè)獨(dú)立功能模塊。在4款A(yù)DRF660x系列的產(chǎn)品封裝內(nèi)集成了一個(gè)有源射頻混頻器、單端50歐輸入的射頻輸入平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器（balun）、以及一個(gè)集成有壓控振蕩器（VCO）的鎖相環(huán)（PLL）頻率合成器。該有源混頻器提供6dB的電壓轉(zhuǎn)換增益。差分IF輸出工作于500MHz。ADRF6601接收混頻器工作在300到2500MHz，內(nèi)部LO范圍是750到1160MHz。在12dBm輸入功率時(shí)，它達(dá)到1dB的壓縮并可實(shí)現(xiàn)30dBm的輸入三階截點(diǎn)。該混頻器的單邊帶（SSB）噪聲是12dB。

　　圖1：射頻調(diào)制器和下變頻器包含一個(gè)集成PLL，它是一個(gè)多模N倍頻合成器，支持LTE 100KHz通道光柵。

　　每款A(yù)DRF670x調(diào)制器的都在射頻IC內(nèi)集成了模擬同相/正交（I/Q）調(diào)制器、RF輸出開(kāi)關(guān)、帶壓控振蕩器的鎖相環(huán)。該調(diào)制器輸入帶寬為500MHz。ADRF6701 I/Q調(diào)制器的PLL/合成器使用一個(gè)N分頻（fractional-N）PLL，它將LO信號(hào)倍頻后饋送至I/Q調(diào)制器。PLL的參考輸入接受從12MHz到160MHz的信號(hào)。調(diào)制器的輸出頻率是400至1300MHz。其內(nèi)部L0頻率范圍是750到1160MHz。該器件在1dB壓縮點(diǎn)和29dBm輸出三階截點(diǎn)條件下，可提供14dBm的輸出功率，并提供158dBm/Hz的噪聲本底。

　　對(duì)PA的集成要求

　　隨著3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的完善并逐漸向4G系統(tǒng)過(guò)渡，分布式架構(gòu)和有源天線(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用推動(dòng)著對(duì)更小、更高效收發(fā)器和PA的需求。例如，美信集成產(chǎn)品（Maxim）公司的MAX9947就承諾可簡(jiǎn)化滿(mǎn)足天線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)組織（AISG）的基站和塔安裝設(shè)備（圖2）的實(shí)施。這款尺寸為3x3mm，采用 TQFN形式封裝的單芯片收發(fā)器包含了發(fā)射器、接收器和有源濾波器。

　　圖2：收發(fā)器集成了帶Autodirection功能的輸出，可用來(lái)處理塔安裝設(shè)備的總線(xiàn)仲裁而無(wú)需MCU。

　　其中，發(fā)射器包括一個(gè)OOK調(diào)制器、一個(gè)符合AISG頻譜輻射規(guī)范的帶通濾波器和一個(gè)輸出放大器。接收器包括一個(gè)中心頻率在2.176MHz、帶寬為200kHz的帶通濾波器。它還包括一個(gè)用于重構(gòu)數(shù)字信號(hào)的比較器和OOK解調(diào)器。在50Ω輸入阻抗條件下，MAX9947具有-15到 +5dBm的輸入動(dòng)態(tài)范圍。其可由電阻調(diào)控的輸出功率（7至12dBm）補(bǔ)償了外部電路和線(xiàn)路的損耗。該收發(fā)器支持所有的AISG數(shù)據(jù)速率：9.6、38.4和115.2kb/s。