Pagminus sa gidaghanon sa mga sangkap ug pagminusan ang lugar sa circuit board pinaagi sa wireless RF integrated

Sa karon nga mga wireless device, labaw sa katunga sa mga sangkap sa circuit board ang mga analog RF device. Tungod niini, usa ka epektibo nga paagi aron maminusan ang lugar sa circuit board ug ang konsumo sa kuryente mao ang pagdala sa labi ka kadako nga paghiusa sa RF ug pag-uswag padulong sa system level chip. Gipaila sa kini nga papel ang kahimtang sa pag-uswag sa paghiusa sa RF, ug gipauna ang pipila nga mga pagbatok ug mga solusyon sa pipila niini nga mga problema.

Pipila ka tuig ang miagi, ang merkado sa cellular phone gidominar sa mga solo nga band ug dual band single-mode phone, ug ang gigamit nga teknolohiya ra ??? Paghupot usa o duha nga mga cellular band sa tanan ??? Ang parehas nga pamaagi sa pagbag-o, daghang pamaagi sa pag-access sa multi-channel ug protokol ang gisagop sa naghupot nga frequency band. Sa kasukwahi, ang laraw sa bag-ong henerasyon karon sa mga cellular phone labi ka komplikado ug makahatag daghang band ug multi-mode ??? Adunay kini personal nga network nga lugar sa Bluetooth, pagpahimutang sa GPS ug uban pang mga gimbuhaton, ug ang mga pag-andar sa pagdawat sa UWB ug TV nagsugod sa pagpakita. Ingon kadugangan, ang mga aplikasyon sama sa mga dula, imahe, audio ug video nahimo’g kasagaran sa mga mobile phone.

Ang telepono nga wala’y telepono nahimo’g usa ka komplikado nga aparato nga gitawag nga handhand personal entertainment center. Ang uso sa pag-uswag nagpadayon sa pagdala daghang mga hagit sa mga tigdesinyo. Bisan kung gitandi sa mga mobile phone nga adunay lamang pag-andar sa boses, ang bag-ong henerasyon sa mga mobile phone nagdugang nga kamahinungdanon sa pagproseso sa komunikasyon, pagproseso sa aplikasyon, ang gidaghanon sa mga interface sa RF ug integrated nga kapasidad sa memorya, gipaabut pa sa mga mogamit ang mga mobile phone nga adunay mas gamay nga kadaghan, streamline nga porma, mubu presyo ug dako nga kolor sa pagpakita, Mahimo kini paghatag oras sa pag-standby ug oras nga pag-istoryahan nga parehas sa tradisyonal nga mga telepono sa boses. Ang pagpadayon sa kasamtangan nga kinatibuk-ang gidak-on ug pag-konsumo sa kuryente, apan ang paghimo sa pag-uswag labi ka madasigon, samtang ang pagpadayon sa kinatibuk-ang gasto sa sistema wala mausab, kining tanan nagpahamtang daghang mga problema sa mga tiglaraw sa sistema.

Dayag, ang problema naglambigit sa tanan nga mga bahin sa tibuuk nga laraw sa sistema, maingon man ang mga tagahatag sa tanan nga sulud sa wireless nga komunikasyon ug kalingawan. Ang usa ka lugar nga labi ka epektibo sa pagpaminus sa lugar sa board ug pagkonsumo sa kuryente mao ang bahin sa RF sa disenyo sa wireless system. Tungod kay sa karon nga tipikal nga mobile phone, sobra sa katunga sa mga sangkap sa board ang mga analog RF nga sangkap, nga managsama nga naghisgot sa 30-40% sa tibuuk nga lugar sa board, sama sa mga sistema sa Bluetooth RF sama sa GPS ug WLAN usab. pagdugang sa mga kinahanglanon alang sa wanang.

Ang solusyon mao ang pagpadayon sa labi ka kadako nga paghiusa sa RF ug sa katapusan molambo ngadto sa usa ka hingpit nga nahiusa nga lebel sa lebel sa sistema. Ang pipila nga mga tigdesinyo nagbutang mga analog-to-digital converter sa antena aron maminusan ang kinatibuk-ang wanang sa circuit board nga gikinahanglan alang sa mga pagpaandar sa RF. Kung ang teknolohiya sa paghiusa sa semiconductor mahimo nga maghiusa daghang mga gimbuhaton sa usa ka aparato, ang ihap sa mga discrete device ug ang luna sa circuit board nga gigamit aron mapaigo ang kini nga mga aparato maibanan sumala niana. Samtang ang industriya nagalihok padulong sa lebel sa lebel sa sistema, ang mga tigdesinyo magpadayon nga makit-an ang bag-ong mga teknolohiya aron matubag ang panagsumpaki tali sa mas taas nga pagkakumplikado sa RF ug mas taas nga kinabuhi sa baterya sa gagmay nga mga wireless device.

Kalamboan nga kahimtang sa paghiusa sa RF

Ang usa ka hinungdanon nga pag-uswag sa paghiusa sa RF nagpakita mga duha ka tuig na ang nakalabay. Niadtong panahona, ang pag-uswag sa teknolohiya sa RF ug digital baseband modem nga nagpaposible sa pagpuli sa mga superheterodyne RF device nga adunay direkta nga pagdawat sa pagkakabig sa mga wireless mobile phone. Ang mga gamit sa Superheterodyne RF naggamit mga mixer nga multistage, pagsala ug daghang oscillator nga kontrolado sa boltahe (VCOs), nga maayo nga gigamit sa daghang mga tuig, apan ang paghiusa sa direkta nga pagkakabig nga mga aparato nga RF kanunay nga makunhuran ang kinatibuk-ang ihap sa mga sangkap sa GSM RF. Sa ulahing bahin sa katuigang 1990, usa ka tipikal nga us aka band nga superheterodyne RF subsystem nga adunay PA, antena switch, LDO, gamay nga signal RF ug vctcxo, nga nanginahanglan mga 200 nga mga discrete device; Karon, mahimo namon nga laraw ang usa ka direkta nga sistema sa pagkakabig nga kanunay nga adunay upat nga pag-andar sa banda, nga gihiusa ang VCO, VCXO ug PLL loop filter, apan ang ihap sa mga sangkap niini mas mubu sa 50. Larawan 1: upat ka bandang GSM transceiver nga adunay taas nga panagsama.

Pananglitan, ang transceiver trf6151 (Larawan 1) sa Texas Instruments alang sa GSM adunay kauban nga on-chip voltage regulator, VCO ug VCO channel, kontrol sa kuryente sa PA, PLL loop filter edge blocker detection, LNA makakuha og step-by-step control ug VCXO.

Alang sa mga tiglaraw, ang abante nga paghiusa makatabang sa pagbuntog sa pipila ka mga nag-unang problema sa wireless RF, diin lakip ang labi ka hinungdanon mao ang DC power supply ug regulasyon sa transceiver. Sa panahon sa usa ka tawag, ang boltahe sa baterya magbag-o sa pagbag-o sa temperatura ug oras. Dugang pa, ang pagsumpay sa kasaba gikan sa TX VCO ug Rx VCO nga suplay sa kuryente makaapekto usab sa paghimo sa tibuuk nga sistema. Busa, ang mga tigdesinyo nag-atubang sa problema kung giunsa ang pagsulbad sa RF circuit board regulator ug labi nga adunay kalabutan nga passive nga mga sangkap. Ang paghiusa sa kini nga mga aparato ngadto sa RF transceiver nagpasabut nga ang usa ka gawas nga sangkap nga gikinahanglan usa ka yano nga decoupling capacitor, nga direkta nga konektado sa suplay sa kuryente, nga dili lamang gipayano ang laraw, apan nakatipig usab ang wanang sa circuit board.

Ang laing hagit alang sa mga tiglaraw sa RF mao ang range sa pag-tune sa VCO ug oras sa pag-lock. Sa tanan nga mga laraw sa analog VCO. Tungod kay kanunay nga kinahanglan nga balansehon ang oras sa pag-lock ug ang range sa pag-tune, ang filter sa loop kanunay gibutang sa gawas sa chip. Usahay, kini masulbad sa pagpugong sa software sa range sa pag-tune sa VCO. Bisan pa, kini nga pamaagi nag-una sa dugang nga mga kinahanglanon nga gigikanan alang sa kinatibuk-an nga pag-uswag sa telepono. Kung ang pag-andar sa digital tuning giapil sa VCO ug makahatag sa kaugalingon nga pagkakalibrate, mahimo’g makuha ang usa ka gipaabot nga range sa pag-tune, ug ang elemento sa pagsala sa loop mahimong ibutang sa chip. Tin-aw nga, ang kini nga laraw makahimo sa mga inhenyero sa disenyo nga pasimplehon ang ilang trabaho.

Aron makuha ang pagkontrol sa kuryente sa transmitter nga gikinahanglan sa sistema sa GSM, ang mga tiggama sa PA sa kinatibuk-an gilakip kini nga pag-andar sa power amplifier module (PAM). Ang tigpugong sa kuryente sagad nga gilangkuban hangtod sa libu-libo nga digital CMOS gate, nga gihimo sa usa ka independente nga chip sa PAM. Ang kini nga elemento magtaas sa gasto sa PAM sa US $ 0.30 ~ 0.40. Ang paghiusa sa kini nga pagpaandar sa mga aparato sa RF magpaandar sa mga taghimo sa GaAs PAM nga dili mopalit mga digital CMOS circuit ug i-install kini sa PAM. Alang sa usa ka OEM nga naghimo sa libu-libo nga mga produkto matag bulan, ang pagtangtang sa kini nga sobra nga sangkap makapaminusan sa ilang gasto.

Ang usa pa nga lugar diin ang advanced advanced mahimo nga magdala sa daghang tipiganan mao ang VCXO. Kaniadto, ang mga mahalon nga modyul nga vctcxo gipalit ug gilaraw sa mga lalang nga RF ingon mga discrete nga sangkap. Busa, ang pag-apil sa mga sagad nga sangkap sa vctcxo modules sa mga aparato sa RF mahimong maminusan ang mga gasto ug may kalabutan nga mga problema sa paglaraw. Paggamit sa trf6151, usa ra ka gamay nga gasto nga kristal ug varactor ang gikinahanglan aron makompleto ang pagpaandar sa vctcxo.

Bisan pa sa kini nga paghiusa ug pagpayano sa laraw, ang mga inhenyero sa disenyo sa RF nag-atubang pa sa lisud nga mga pagpili, usa na niini ang pagkasensitibo sa pag-input ug pagkonsumo sa kuryente sa Rx. Nahibal-an kaayo nga kung labi ka daghan ang karon nga gigamit sa laraw sa low noise amplifier (LNA), labi ka moubus ang kinatibuk-ang mga kinaiyahan sa kasaba. Kinahanglan mahibal-an sa inhenyero sa disenyo ang kinatibuk-ang badyet sa kuryente sa tigdawat ug ang kinahanglanon nga lebel sa pagkasensitibo sa tigdawat. Bisan pa, ang kasaba dili maminusan sa pagkunhod sa kusog. Sa tinuud, sukwahi kini. Bisan pa, bisan kung mahimo niini matuman ang sumbanan nga sumbanan sa GSM, kinahanglan kanunay nga pangutan-on sa mga tigdesinyo ang ilang kaugalingon kung angay ba nga bayran ang presyo sa konsumo sa kuryente aron makab-ot ang usa ka piho nga lebel sa pagkasensitibo. Gipatin-aw usab niini nga pangutana kung ngano nga kinahanglan alang sa mga inhinyero sa laraw ug mga tiggama sa IC nga magtinabangay pag-ayo sa tibuuk nga proseso sa paglaraw. Ang feedback gikan sa mga inhinyero sa laraw makagiya sa mga tiggama sa IC aron labi ka maayo nga pagserbisyo sa industriya nga wireless kung naghimo og umaabot nga mga produkto nga RF.

Pagpalambo padulong sa SOC

Ang pagkunhod sa gasto, gahum ug pagkakumplikado sa mga wireless system hinungdanon kaayo aron malampuson nga matuman ang mga kinahanglanon sa paghiusa sa sistema. Bisan pa, ang pag-uswag sa taas nga mga solusyon sa paghiusa alang sa mga mobile phone nagkinahanglan sa industriya nga semiconductor aron mabuntog ang mga komplikado nga teknikal nga mga babag. Ang pila sa mga babag talagsa ra nabalaka sa mga tigdesinyo, tungod kay kadaghanan sa kanila dili gusto nga mahibal-an kung giunsa gihimo ang mga aparato sa SOC, Basta makahatag kini sa kinahanglan nga pasundayag. Busa, kinahanglan nga adunay dali nga pagsabut sa pipila ka mga teknolohiya nga proseso, nga makaapekto sa kapabilidad ug magamit nga mga aparato nga gigamit sa paghiusa sa cellular phone.

Adunay daghang mahimo nga mga laraw alang sa paghiusa sa mobile phone RF electronic system. Una, ang usa ka tradisyonal nga arkitektura sa RF mahimong ipatuman sa usa ka medyo yano nga proseso nga bipolar o BiCMOS gamit ang tradisyonal nga teknolohiya. Ang katapusang RF chip mahimong tipunon gamit ang mga mobile phone digital lohika nga gimbuhaton gamit ang multi chip packaging technology (system level packaging technology). Bisan kung kini nga teknolohiya adunay daghang mga bentaha, sama sa paggamit sa pamilyar nga mga pamaagi sa paglaraw sa RF ug mga hamtong nga proseso ug teknolohiya, lisud nga mapamaligya tungod sa kataas sa gasto ug ani sa mga test device.

Dugang pa, ang paghiusa sa elektronik nga sistema sa mobile phone mahimo usab makuha pinaagi sa advanced nga proseso sa wafer nga BiCMOS (SiGe). Bisan pa, tungod kay ang pagproseso sa mga aparato nga SiGe HBT nanginahanglan dugang nga proseso sa lithography, ang katapusan nga chip magkinahanglan dugang nga gasto. Sa parehas nga oras, tungod kay ang teknolohiya nga SiGe BiCMOS dili magamit ang labi ka abante nga proseso sa lithography, ang proseso sa BiCMOS kasagarang malangan sa ulahi sa advanced nga proseso sa CMOS. Magdala kini grabe nga pagpamugos aron madugangan ang mga kinaiya sa mga mobile phone ug maminusan ang mga gasto. Dili kini masulbad sa usa ka yano nga estratehiya sa proseso sa wafer, tungod kay kini nga teknolohiya dili mapadayon ang lohika sa sistema o digital nga bahin sa labing ubus nga posible nga presyo sa tanan nga mga panahon. Busa, ang monolithic nga pagsagol sa system baseband function RF nga bahin sa BiCMOS (o SiGe) dili maayo nga pagpili.

Ang katapusang solusyon nga mahimo’g ikonsiderar mao ang pagsagol sa RF sa CMOS, nga nag-atubang usab og daghang mga hagit. Bisan kung adunay daghang mga laraw sa CMOS cellular RF, kini nga mga laraw kadaghanan gibase sa mga gimbuhaton sa analog. Lisud ipatuman ang mga analog mixer, filter ug amplifier sa CMOS nga teknolohiya, ug ang pagkonsumo sa kuryente sa kadaghanan labi ka daghan kaysa sa laraw sa SiGe BiCMOS. Uban sa pag-uswag sa teknolohiya sa proseso, ang lebel nga gimarkahan sa CMOS nagkagamay ug nag-ubos, nga naghimo sa disenyo sa analog nga labi ka lisud. Sa una nga yugto sa pag-ugmad sa mga bag-ong proseso, ang pag-modelo sa aparato ug ang pagkahamtong sa proseso sa kinatibuk-an dili matuman ang mga kinahanglanon nga labi ka husto nga pagmodelo sa parameter nga kinahanglan alang sa laraw sa analog module. Bisan pa, ang bag-ong naugmad nga digital nga arkitektura sa CMOS RF naghimo sa pagsulud sa monolithic CMOS nga labi ka madanihon.

Ang kini nga mga solusyon nagmaneho usab sa industriya nga semiconductor samtang ang mga tiggama nangita mga mubu nga gasto nga solusyon sa chip sa lebel sa sistema sa RF. Bisan kung ang matag iskema sa paghiusa adunay mga kalisud, katingad-an gyud nga ang pagsulud sa sangkap sa RF mahimong makaabut sa ingon kataas nga lebel. Ang pagbuntog sa kini nga mga kalisud mohimo usa ka dako nga lakang sa unahan sa pagdesinyo sa mga wireless mobile phone ug itakda ang direksyon alang sa labi ka daghan nga pagsagol sa hapit na moabut.

Panapos sa kini nga papel

Adunay pa daghang mga kalisud sa paghiusa sa RF. Ang matag aparato sa RF nga moderno nga mobile phone nag-atubang sa istrikto nga mga kinahanglanon sa paghimo. Ang kinahanglanon nga pagkasensitibo hapit sa – 106dbm (106db ubos sa 1 MW) o labi pa kadaghan, ug ang katugbang nga lebel pila ra ka mga microvolts; Ingon kadugangan, ang pagpili, kana mao, ang abilidad sa pagsalikway sa mapuslanon nga agianan sa tupad nga frequency band (sagad nga gihisgutan nga pag-ali), kinahanglan nga naa sa han-ay sa 60dB; Ingon kadugangan, ang oscillator sa sistema kinahanglan nga mag-operate sa ilalum sa labing mubu nga kasaba sa hugna aron mapugngan ang pagpilo sa pagpugong sa enerhiya gikan sa pagsulud sa pagdawat nga banda. Ang paghiusa sa RF lisud kaayo tungod sa kataas sa kadaghan ug labi ka pagpamugos sa mga kinahanglanon sa paghimo.

Ang pagproseso sa sukaranan sa daghang frequency kanunay nagdala usa ka tinuud nga hagit sa tibuuk nga frequency sa SOC. Gilauman nga maminusan ang pagpukaw nga nahimo sa pagpadala sa signal band. Ang sulud sa digital RF integrated labi pa sa pagbutang daghang mga sangkap sa RF sa usa ka chip. Kinahanglan ang usa ka bag-ong arkitektura sa pagpaambit sa hardware.

Alang sa mga tiglaraw sa sistema, ang karon nga yano, labi ka integrated ug epektibo nga gasto nga mga aparato mahimo’g maminusan ang pagkakumplikado sa laraw. Sa parehas nga oras, mahimo nila mapayaman ang mga kinaiya sa mga wireless device ug ipadayon ang kadako sa sistema, kinabuhi sa baterya ug wala magbag-o ang gasto. Ang bag-ong highly integrated RF nga mga aparato mahimo usab nga matangtang ang pipila ka mga panaglalis sa wireless nga laraw ug makatipig sa bililhon nga oras sa mga engineer.