Redukti la nombron de eroj kaj redukti la areon de cirkvitplato per sendrata RF-integriĝo

En la hodiaŭaj sendrataj aparatoj, pli ol duono de la komponantoj sur la cirkvita plato estas analogaj RF-aparatoj. Tial efika maniero redukti la cirkvitan tabulan areon kaj elektrokonsumon estas efektivigi pli grandskalan RF-integriĝon kaj disvolviĝi al sistemnivela blato. Ĉi tiu artikolo enkondukas la evoluan staton de RF-integriĝo, kaj prezentas iujn kontraŭrimedojn kaj solvojn al iuj el ĉi tiuj problemoj.

Antaŭ kelkaj jaroj, la merkato de poŝtelefonoj estis superregata de ununuraj bendoj kaj dubendaj unumodaj telefonoj, kaj la uzata teknologio estis nur ??? Tenu unu aŭ du ĉelajn bendojn entute ??? La sama moduladmetodo, plurkanala alirskemo kaj protokolo estas adoptitaj en la holda frekvencbendo. Kontraŭe, la projektado de la hodiaŭa nova generacio de poŝtelefonoj estas multe pli kompleksa kaj povas provizi plurbendan kaj plurreĝiman ??? Ĝi havas Bluetooth-privatan reton, GPS-pozicion kaj aliajn funkciojn, kaj UWB kaj televidaj ricevantaj funkcioj komencis aperi. Krome, aplikoj kiel ludoj, bildoj, audio kaj video fariĝis tre oftaj en poŝtelefonoj.

Sendrata telefono fariĝas kompleksa aparato nomata mantenebla persona distra centro. Ĝia disvolva tendenco daŭre alportas pli da defioj al projektistoj. Kvankam kompare kun poŝtelefonoj kun nur voĉa funkcio, la nova generacio de poŝtelefonoj signife pliiĝis en komunikad-prilaborado, prilaborado de aplikaĵoj, nombro de RF-interfacoj kaj integra memora kapacito, uzantoj ankoraŭ atendas, ke poŝtelefonoj havas pli malgrandan volumon, flulinia formo, malalta prezo kaj granda kolora ekrano, Ĝi povas provizi standby kaj parolotempon simile al tradiciaj voĉaj telefonoj. Konservante la ekzistantajn entutan grandecon kaj elektrokonsumon, sed kreskigante la funkcion eksponente, tamen konservante la ĝeneralan koston de la sistemo senŝanĝe, ĉiuj ĉi prezentas multajn problemojn al la sistemaj projektantoj.

Evidente, la problemo temas pri ĉiuj partoj de la tuta sistemo-projektado, kaj ankaŭ pri la provizantoj de ĉiuj sendrataj komunikaj kaj distraj enhavoj. Unu areo, kiu estas aparte efika por redukti estraron kaj elektrokonsumon, estas la RF-parto de sendrata sistemo. Ĉi tio estas ĉar en la hodiaŭa tipa poŝtelefono, pli ol duono de la komponantoj sur la tabulo estas analogaj RF-komponantoj, kiuj kune reprezentas 30-40% de la tuta tabula areo, kiel ekzemple Bluetooth-RF-sistemoj kiel GPS kaj WLAN pliigi la postulojn por spaco.

La solvo estas efektivigi pli grandskalan RF-integriĝon kaj finfine disvolviĝi en tute integritan sisteman nivelan blaton. Iuj projektantoj metas analog-ciferecajn transformilojn en la antenon por redukti la tutan cirkvitan tabulan spacon necesan por RF-funkcioj. Kiam semikondukta integriĝa teknologio povas integri pli da funkcioj en unu aparato, la nombro de diskretaj aparatoj kaj la cirkvita tabula spaco uzata por akomodi ĉi tiujn aparatojn reduktiĝos laŭe. Dum la industrio moviĝas al sistemnivela blato-integriĝo, projektistoj daŭre trovos novajn teknologiojn por renkonti la kontraŭdiron inter pli alta RF-komplekseco kaj pli longa bateria vivo en malgrandaj sendrataj aparatoj.

Disvolva stato de RF-integriĝo

Grava evoluo de RF-integriĝo aperis antaŭ ĉirkaŭ du jaroj. Tiutempe la disvolviĝo de RF-teknologio kaj cifereca bazbenda modemo ebligis anstataŭigi superheterodinajn RF-aparatojn per rektaj malsupren-konvertaj riceviloj en sendrataj poŝtelefonoj. Superheterodinaj RF-aparatoj uzas plurstadiajn miksilojn, filtrilojn kaj multtensiajn kontrolitajn oscililojn (VCOs), kiuj estis bone uzataj de multaj jaroj, sed la integriĝo de rektfrekvencaj konvertiĝaj RF-aparatoj povas multe redukti la tutan nombron de GSM RF-komponantoj. Fine de la 1990-aj jaroj, tipa unusola superheterodina RF-subsistemo inkluzivis PA, antenŝaltilon, LDO, malgrandan signalon RF kaj vctcxo, postulante ĉirkaŭ 200 diskretajn aparatojn; Hodiaŭ ni povas projekti rektan frekvencan konvertiĝan sistemon kun kvar-banda funkcio, kiu integras VCO, VCXO kaj PLL-buklan filtrilon, sed ĝia nombro da komponantoj estas malpli ol 50. Figuro 1: kvar-banda GSM-radio-receptoro kun alta integriĝo.

Ekzemple, la radiokomunikilo trf6151 (Figuro 1) de Texas Instruments por GSM inkluzivas sur-blatan tensian reguligilon, VCO kaj VCO-kanalon, PA-potencan kontrolon, PLL-buklan filtrilan randblokilon-detekton, LNA-gajnon laŭpaŝan kontrolon kaj VCXO.

Por projektantoj, altnivela integriĝo helpas venki iujn gravajn problemojn en sendrata RF, inter kiuj la plej baza estas la kontinua elektroprovizo kaj reguligo de la radiokomunikilo. Dum alvoko, la bateria tensio ŝanĝiĝos laŭ temperaturo kaj tempo. Krome, la brua kuplado de elektroprovizo TX VCO kaj Rx VCO ankaŭ influos la rendimenton de la tuta sistemo. Tial projektistoj alfrontas la problemon kiel solvi la reguligilon de RF-cirkvita plato kaj plej rilatajn pasivajn erojn. Integri ĉi tiujn aparatojn en la RF-radiokomunikilon signifas, ke la sola ekstera ero bezonata estas simpla deliga kondensilo, kiu estas rekte konektita al la nutrado, kiu ne nur simpligas la projektadon, sed ankaŭ ŝparas la spacon de la cirkvita plato.

Alia defio por RF-projektantoj estas VCO-agorda gamo kaj ŝlosila tempo. En ĉiuj analogaj VCO-projektoj. Ĉar ofte necesas ekvilibrigi la ŝlosan tempon kaj agordan gamon, la bukla filtrilo kutime lokiĝas ekster la blato. Foje, ĉi tio povas esti solvita en la softvara kontrolo de VCO-agorda gamo. Tamen ĉi tiu metodo prezentas aldonajn rimedajn postulojn por la ĝenerala disvolviĝo de telefono. Kiam la cifereca agorda funkcio estas inkluzivita en la VCO kaj povas provizi mem-kalibradon, plilongigita agorda gamo povas esti akirita, kaj la bukla filtrila elemento povas esti metita en la blaton. Evidente, ĉi tiu skemo povas ebligi projektajn inĝenierojn simpligi sian laboron.

Por akiri la dissendilan potencokontrolon postulatan de la GSM-sistemo, PA-fabrikantoj ĝenerale inkluzivas ĉi tiun funkcion en la potenca amplifila modulo (PAM). La potenca regilo kutime konsistas el ĝis miloj da ciferecaj CMOS-pordegoj, kiuj estas faritaj en sendependa blato en PAM. Ĉi tiu elemento pliigos la koston de PAM per US $ 0.30 ~ 0.40. Integri ĉi tiun funkcion en RF-aparatoj ebligos al fabrikantoj de GaAs PAM ne aĉeti ciferecajn CMOS-cirkvitojn kaj instali ilin en PAM. Por OEM produktanta milojn da produktoj ĉiumonate, forigi ĉi tiun redundan eron multe reduktos ilian koston.

Alia areo kie altnivela integriĝo povas alporti grandajn ŝparadojn estas VCXO. En la pasinteco oni aĉetis multekostajn vctcxo-modulojn en RF-aparatoj kiel diskretaj eroj. Sekve, korpigi komunajn komponantojn de moduloj vctcxo en RF-aparatoj povas redukti kostojn kaj rilatajn projektajn problemojn. Uzante trf6151, nur malmultekosta kristalo kaj varactor necesas por kompletigi la funkcion de vctcxo.

Malgraŭ ĉi tiuj integriĝoj kaj projektaj simpligoj, RF-inĝenieroj ankoraŭ alfrontas malfacilajn elektojn, unu el ili estas eniga sentemo kaj Rx-elektrokonsumo. Oni scias, ke ju pli granda estas la kurento uzata en la projektado de malalta brua amplifilo (LNA), des pli malaltaj estas la ĝeneralaj bruaj karakterizaĵoj. La projektisto devas determini la tutan potencan buĝeton de la ricevilo kaj la sentemajn nivelajn postulojn de la ricevilo. Tamen la bruo ne malpliiĝas kun la redukto de potenco. Fakte ĝi estas male. Tial, kvankam ĝi povas plenumi la normon GSM-normon, projektistoj ofte devas demandi sin, ĉu indas pagi la prezon en elektrokonsumo por atingi certan sentivecon. Ĉi tiu demando ankaŭ klarigas kial necesas, ke projektaj inĝenieroj kaj IC-fabrikantoj proksime kunlaboru en la tuta projekt-procezo. La reagoj de projektaj inĝenieroj povas gvidi fabrikantojn de IC por pli bone servi la sendratan industrion kiam ili disvolvas estontajn RF-produktojn.

Evoluante al SOC

Redukti la koston, potencon kaj kompleksecon de sendrataj sistemoj tre gravas por sukcese plenumi la postulojn de sistemo-integriĝo. Tamen la disvolviĝo de altaj integriĝaj solvoj por poŝtelefonoj postulas, ke la duonkondukta industrio superu kompleksajn teknikajn obstaklojn. Iuj el ĉi tiuj obstakloj malofte koncernas projektistojn, ĉar multaj el ili ne volas scii, kiel estas kreitaj SOC-aparatoj, Se ĝi povas doni la bezonatan rendimenton. Tial, necesas rapide kompreni iujn procezajn teknologiojn, kiuj influos la kapablon kaj haveblecon de aparatoj uzataj en poŝtelefona integriĝo.

Ekzistas pluraj fareblaj skemoj por la integriĝo de poŝtelefona RF-elektronika sistemo. Unue tradicia RF-arkitekturo povas esti efektivigita en relative simpla dupolusa aŭ BiCMOS-procezo per tradicia teknologio. La fina RF-blato povas esti kunmetita per poŝtelefonaj ciferecaj logikaj funkcioj per multicipa pakita teknologio (sistemnivela pakada teknologio). Kvankam ĉi tiu teknologio havas multajn avantaĝojn, kiel uzi familiarajn RF-projektajn metodojn kaj maturajn procezojn kaj teknologiojn, malfacilas komercigi pro la alta kosto kaj rendimento de testaj aparatoj.

Krome, la integriĝo de poŝtelefona elektronika sistemo ankaŭ akireblas per progresinta oblata procezo BiCMOS (SiGe). Tamen, ĉar la prilaborado de SiGe HBT-aparatoj postulas plian litografian procezon, la fina blato postulos plian koston. Samtempe, ĉar SiGe BiCMOS-teknologio ne povas uzi la plej progresintan litografan procezon, BiCMOS-procezo kutime postrestas antaŭ la progresinta cifereca CMOS-procezo. Ĉi tiuj alportos grandan premon por pliigi la karakterizaĵojn de poŝtelefonoj kaj redukti kostojn. Ĝi ne povas esti solvita per simpla oblata procezo-strategio, ĉar ĉi tiu teknologio ne povas konservi la sisteman logikon aŭ ciferecan parton ĉe la plej malalta ebla prezo ĉiam. Tial, monolita integriĝo de sistemo bazbenda funkcio RF-parto en BiCMOS (aŭ SiGe) ne estas bona elekto.

La fina solvo pripensinda estas RF-integriĝo en CMOS, kiu ankaŭ alfrontas konsiderindajn defiojn. Kvankam ekzistas pluraj CMOS-ĉelaj RF-dezajnoj, ĉi tiuj dezajnoj plejparte baziĝas sur analogaj funkcioj. Estas malfacile efektivigi analogajn miksilojn, filtrilojn kaj amplifilojn kun CMOS-teknologio, kaj la elektrokonsumo estas ĝenerale pli granda ol SiGe BiCMOS-skemo. Kun la disvolviĝo de proceza teknologio, CMOS-taksita nivelo pli kaj pli malaltiĝas, kio malfaciligas analogan projektadon. En la frua stadio de disvolvi novajn procezojn, aparata modelado kaj procezmatureco ĝenerale ne povas plenumi la postulojn de altpreciza parametra modelado necesa por analoga modula projektado. Tamen, la ĵus disvolvita cifereca CMOS-RF-arkitekturo pli alloga monolita CMOS-integriĝo.

Ĉi tiuj solvoj ankaŭ pelas la duonkonduktan industrion, ĉar fabrikantoj serĉas malmultekostajn RF-nivelajn blatajn solvojn. Kvankam ĉiu integriĝa skemo havas malfacilaĵojn, estas vere surprize, ke integriĝo de RF-komponanto povas atingi tiel altan nivelon. Venki ĉi tiujn malfacilaĵojn faros grandan paŝon antaŭen en la projektado de sendrataj poŝtelefonoj kaj starigos la direkton por pli granda integriĝo en proksima estonteco.

Konkludo de ĉi tiu artikolo

Estas ankoraŭ multaj malfacilaĵoj en RF-integriĝo. Ĉiu RF-aparato de moderna poŝtelefono alfrontas striktajn agadpostulojn. La sentemo-bezono estas ĉirkaŭ – 106dbm (106db sub 1 MW) aŭ pli alta, kaj la responda nivelo estas nur kelkaj mikrovoltoj; Krome selektemo, do malakceptokapablo de la utila kanalo al la apuda frekvenca bando (kutime nomata blokado), estu en la ordo de 60dB; Krome, la sistema oscililo devas funkcii sub tre malalta faza bruo por malebligi ke faldebla blokanta energio eniru en la ricevantan bandon. RF-integriĝo estas tre malfacila pro la tre alta ofteco kaj ege postulemaj agadpostuloj.

Prilaborado de multfrekvenca normo alportas veran defion al la tuta SOC-frekvenco. Oni esperas redukti la eksciton generitan de en benda signala transdono. La enhavo de cifereca RF-integriĝo estas multe pli ol meti plurajn RF-komponantojn en unu blaton. Nova arkitekturo de aparatara dividado necesas.

Por sistemaj projektantoj, la nunaj simplaj, tre integritaj kaj kostefikaj semikonduktiloj povas multe redukti la projektan kompleksecon. Samtempe ili povas riĉigi la karakterizaĵojn de sendrataj aparatoj kaj teni la sisteman grandecon, baterian vivon kaj koston senŝanĝaj. La novaj tre integritaj RF-aparatoj ankaŭ povas forigi iujn disputojn pri sendrata projektado kaj ŝpari valoran tempon de inĝenieroj.