Ferminderje it oantal komponinten en ferminderje it gebiet fan circuit board fia draadloze RF -yntegraasje

Yn hjoeddeistige draadloze apparaten binne mear dan de helte fan ‘e komponinten op’ e printplaat analoge RF -apparaten. Dêrom is in effektive manier om it gebiet fan ‘e printplaat en it enerzjyferbrûk te ferminderjen mear grutskalige RF-yntegraasje út te fieren en te ûntwikkeljen nei chip op systeemnivo. Dit papier yntrodusearret de ûntwikkelingsstatus fan RF -yntegraasje, en stelt wat tsjinmaatregelen en oplossingen foar foar guon fan dizze problemen.

In pear jier lyn waard de merk foar mobile tillefoans dominearre troch single-band en dual-band single-mode tillefoans, en de brûkte technology wie allinich ??? Hâld ien of twa sellulêre bannen yn alles ??? Deselde modulaasjemetoade, tagongskema foar meardere kanalen en protokol wurde oannommen yn ‘e holdingfrekwinsjeband. Yn tsjinstelling, it ûntwerp fan ‘e hjoeddeiske nije generaasje mobile tillefoans is folle komplekser en kin multi-band en multi-modus leverje ??? It hat Bluetooth persoanlik gebietnetwurk, GPS -posysjonearring en oare funksjes, en UWB- en TV -ûntfangende funksjes binne begon te ferskinen. Derneist binne applikaasjes lykas spultsjes, ôfbyldings, audio en fideo heul gewoan wurden yn mobile tillefoans.

Triedleaze tillefoan wurdt in kompleks apparaat neamd handheld personal entertainment center. De ûntwikkeltrend bliuwt trochgean mei mear útdagings bringe oan ûntwerpers. Hoewol fergelike mei mobile tillefoans mei allinich spraakfunksje, is de nije generaasje mobile tillefoans signifikant tanommen yn kommunikaasjeferwurking, ferwurking fan applikaasjes, it oantal RF -ynterfaces en yntegreare ûnthâldkapasiteit, brûkers ferwachtsje noch dat mobyltsjes lytser folume hawwe, streamlined foarm, leech priis en grutte kleurdisplay, It kin standby- en sprektiid leverje gelyk oan tradisjonele stim telefoans. It behâld fan ‘e besteande algemiene grutte en enerzjyferbrûk, mar de funksje eksponentiell ferheegje, wylst de totale systeemkosten ûnferoare behâlde, allegearre meitsje in protte problemen foar de systeemûntwerpers.

Fansels omfettet it probleem alle dielen fan it heule systeemûntwerp, lykas de leveransiers fan alle ynhâld foar draadloze kommunikaasje en ferdivedaasje. Ien gebiet dat benammen effektyf is by it ferminderjen fan boerdgebiet en enerzjyferbrûk is it RF -diel fan draadloos systeemûntwerp. Dit komt om’t yn ‘e hjoeddeiske typyske mobile tillefoan mear dan de helte fan’ e komponinten op it boerd analoge RF-ûnderdielen binne, dy’t tegearre 30-40% fan it heule boerdgebiet útmeitsje, lykas Bluetooth RF-systemen lykas GPS en WLAN sille ek sterk ferheegje de easken foar romte.

De oplossing is mear grutskalige RF-yntegraasje út te fieren en úteinlik te ûntwikkeljen ta in folslein yntegrearre chip op systeemnivo. Guon ûntwerpers stekke analoge-nei-digitale converters yn ‘e antenne om de totale romte op’ e printplaat te ferminderjen dy’t nedich is foar RF-funksjes. Wannear’t semiconductor -yntegraasje -technology mear funksjes kin yntegrearje yn ien apparaat, sil it oantal diskrete apparaten en de circuitboardromte dy’t wurdt brûkt om dizze apparaten te befetsjen, dêrmei wurde fermindere. Wylst de yndustry beweecht nei chipyntegraasje op systeemnivo, sille ûntwerpers trochgean mei it finen fan nije technologyen om te foldwaan oan ‘e tsjinstelling tusken hegere RF -kompleksiteit en langere batterijlibben yn lytse draadloze apparaten.

Untwikkelingsstatus fan RF -yntegraasje

In wichtige ûntjouwing fan RF -yntegraasje ferskynde sawat twa jier lyn. Op dat stuit makke de ûntwikkeling fan RF -technology en digitale basebandmodem it mooglik om superheterodyne RF -apparaten te ferfangen troch direkte omleechûntfangers yn draadloze mobile tillefoans. Superheterodyne RF -apparaten brûke multistage mixers, filters en meardere spanningskontroleerde oscillators (VCO’s), dy’t in protte jierren goed binne brûkt, mar de yntegraasje fan RF -apparaten mei direkte frekwinsje kin it totale oantal GSM RF -komponinten sterk ferminderje. Oan ‘e ein fan’ e njoggentiger jierren omfette in typysk single -band superheterodyne RF -subsysteem PA, antenneswitch, LDO, lyts sinjaal RF en vctcxo, dat sawat 1990 diskrete apparaten fereasket; Hjoed kinne wy ​​in direkte frekwinsje -konversaasjesysteem ûntwerpe mei funksje mei fjouwer bannen, dy’t VCO-, VCXO- en PLL -loopfilter yntegreart, mar it oantal komponinten is minder dan 200. Figuer 50: GSM -transceiver mei fjouwer bannen mei hege yntegraasje.

Bygelyks omfettet de transceiver trf6151 (ôfbylding 1) fan Texas Instruments foar GSM on-chip spanningsregulator, VCO- en VCO-kanaal, PA-machtskontrôle, PLL-loopfilterrandblokkerdeteksje, LNA-winst stap-foar-stap kontrôle en VCXO.

Foar ûntwerpers helpt avansearre yntegraasje guon grutte problemen yn draadloze RF te oerwinnen, wêrûnder de meast basale is de DC -voeding en regeling fan ‘e transceiver. Tidens in oprop sil de batteryspanning feroarje mei de feroaring fan temperatuer en tiid. Derneist sil de lûdkoppeling fan TX VCO en Rx VCO -voeding ek ynfloed hawwe op ‘e prestaasjes fan it heule systeem. Dêrom wurde ûntwerpers konfrontearre mei it probleem fan hoe’t de RF -circuitboardregulator en de meast besibbe passive komponinten oplosse moatte. Dizze apparaten yntegrearje yn ‘e RF -transceiver betsjuttet dat de ienige eksterne komponint dy’t fereaske is in ienfâldige ûntkoppelingskondensator is, dy’t direkt is ferbûn mei de stroomfoarsjenning, dy’t it ûntwerp net allinich ferienfâldiget, mar ek romte op it circuit board besparret.

In oare útdaging foar RF -ûntwerpers is VCO -tuningberik en skoattiid. Yn alle analoge VCO -ûntwerpen. Om’t it faaks needsaaklik is om de skoattiid en it ôfstelbereik te balânsjen, wurdt it lusfilter normaal bûten de chip pleatst. Soms kin dit wurde oplost yn ‘e softwarekontrôle fan VCO -ôfstimmingsberik. Dizze metoade stelt lykwols ekstra easken foar boarnen foar de algemiene ûntwikkeling fan tillefoan. As de digitale tuningfunksje is opnaam yn ‘e VCO en selskalibraasje kin leverje, kin in ferlingd tuningberik wurde krigen, en kin it loopfilterelemint yn’ e chip wurde pleatst. Fansels kin dit skema ûntwerpingenieurs ynskeakelje om har wurk te ferienfâldigjen.

Om de krêftkontrôle fan ‘e transmitter te krijen dy’t fereaske is troch it GSM -systeem, omfetsje PA -fabrikanten dizze funksje yn’ t algemien yn ‘e machtfersterkermodule (PAM). De krêftkontroller is normaal gearstald út oant tûzenen digitale CMOS -poarten, dy’t wurde makke yn in ûnôfhinklike chip yn PAM. Dit elemint sil de kosten fan PAM ferheegje mei US $ 0.30 ~ 0.40. Dizze funksje yntegrearje yn RF -apparaten sil GaAs PAM -fabrikanten yn steat meitsje gjin digitale CMOS -circuits te keapjen en te ynstallearjen yn PAM. Foar in OEM dy’t elke moanne tûzenen produkten produseart, sil it ferwiderjen fan dit oerstallige komponint har kosten sterk ferminderje.

In oar gebiet wêr’t avansearre yntegraasje substansjele besparring kin bringe is VCXO. Yn it ferline waarden djoere vctcxo -modules kocht en ûntworpen yn RF -apparaten as diskrete komponinten. Dêrom kin it opnimmen fan mienskiplike komponinten fan vctcxo -modules yn RF -apparaten kosten en besibbe ûntwerpproblemen ferminderje. Mei help fan trf6151 binne allinich in goedkeap kristal en varactor fereaske om de funksje fan vctcxo te foltôgjen.

Nettsjinsteande dizze yntegraasje en ferienfâldiging fan ûntwerp, stean RF -ûntwerpingenieurs noch foar drege karren, wêrfan ien ynfiergefoelichheid en Rx -enerzjyferbrûk is. It is goed bekend dat hoe grutter de hjoeddeistige wurdt brûkt by it ûntwerp fan fersterker mei lege lûd (LNA), hoe leger de algemiene lûdskarakteristiken. De ûntwerpingenieur moat it totale enerzjybudzjet fan ‘e ûntfanger en de easken foar gefoelichheidsnivo fan’ e ûntfanger bepale. It lûd nimt lykwols net ôf mei de fermindering fan macht. Yn feite is it it tsjinoerstelde. Dêrom, hoewol it kin foldwaan oan ‘e GSM -standertspesifikaasje, moatte ûntwerpers harsels faaks ôffreegje oft it de muoite wurdich is de priis yn enerzjyferbrûk te beteljen om in bepaald gefoelichheidsnivo te berikken. Dizze fraach leit ek út wêrom it needsaaklik is foar ûntwerpingenieurs en IC -fabrikanten om nau gear te wurkjen yn it heule ûntwerpproses. De feedback fan ûntwerpingenieurs kinne IC -fabrikanten liede om de draadloze yndustry better te tsjinjen by it ûntwikkeljen fan takomstige RF -produkten.

Ingntwikkeljen nei SOC

De kosten, macht en kompleksiteit fan draadloze systemen ferminderje is heul wichtich om mei súkses te foldwaan oan ‘e easken fan systeemyntegraasje. De ûntwikkeling fan oplossingen mei hege yntegraasje foar mobile tillefoans fereasket lykwols dat de semiconductor -yndustry komplekse technyske obstakels oerwint. Guon fan dizze obstakels wurde selden besoarge troch ûntwerpers, om’t in protte fan har net wolle witte hoe’t SOC -apparaten wurde makke, Salang it de fereaske prestaasjes kin leverje. Dêrom is it needsaaklik om in fluch begryp te hawwen fan guon prosesstechnologyen, dy’t de mooglikheid en beskikberens fan apparaten sille beynfloedzje dy’t wurde brûkt by yntegraasje fan mobile tillefoans.

D’r binne ferskate útfierbere regelingen foar de yntegraasje fan RF -elektroanyske systeem foar mobile tillefoans. As earste kin in tradisjonele RF -arsjitektuer wurde ymplementeare yn in relatyf ienfâldich bipolêr as BiCMOS -proses mei tradisjonele technology. De definitive RF -chip kin wurde gearstald mei mobile logyske funksjes fan mobile tillefoans mei ferpakkingstechnology mei mearchip (ferpakkingstechnology op systeemnivo). Hoewol dizze technology in protte foardielen hat, lykas it brûken fan fertroude RF -ûntwerpmethoden en folwoeksen prosessen en technologyen, is it lestich te kommersjalisearjen fanwegen de hege kosten en opbringst fan testapparaten.

Derneist kin de yntegraasje fan elektroanysk systeem foar mobile tillefoans ek wurde krigen troch avansearre BiCMOS (SiGe) waferproses. Om’t de ferwurking fan SiGe HBT -apparaten lykwols ekstra litografyproses fereasket, sil de definitive chip in ekstra kosten fereaskje. Tagelyk, om’t SiGe BiCMOS -technology it meast avansearre litografyproses net kin brûke, bliuwt BiCMOS -proses normaal efter it avansearre digitale CMOS -proses. Dizze sille grutte druk bringe om de skaaimerken fan mobile tillefoans te ferheegjen en kosten te ferminderjen. It kin net oplost wurde mei in ienfâldige waferprosesstrategy, om’t dizze technology de systeemslogika as digitaal diel net altyd by de leechste mooglike priis kin hâlde. Dêrom is monolityske yntegraasje fan systeembasebandfunksje RF -diel yn BiCMOS (as SiGe) gjin goede kar.

De definitive oplossing dy’t kin wurde beskôge is RF -yntegraasje yn CMOS, dy’t ek foar grutte útdagings stiet. Hoewol d’r ferskate CMOS -sellulêre RF -ûntwerpen binne, binne dizze ûntwerpen foar in grut part basearre op analoge funksjes. It is dreech om analoge mixers, filters en fersterkers te implementearjen mei CMOS -technology, en it enerzjyferbrûk is oer it algemien grutter dan SiGe BiCMOS -skema. Mei de ûntwikkeling fan prosesstechnology wurdt CMOS -beoardiele nivo leger en leger, wat analooch ûntwerp dreger makket. Yn ‘e iere faze fan it ûntwikkeljen fan nije prosessen kinne apparaatmodellen en prosesrypheid yn’ t algemien net foldwaan oan ‘e easken fan modellering fan hege presyzje parameter fereaske foar analoge module-ûntwerp. De koartlyn ûntwikkele digitale CMOS RF -arsjitektuer makket monolityske CMOS -yntegraasje oantrekliker.

Dizze oplossingen ride ek de semiconductor-yndustry, om’t fabrikanten sykje nei goedkeape chipoplossingen foar RF-systeemnivo. Hoewol elk yntegraasjeskema swierrichheden hat, is it yndie ferrassend dat yntegraasje fan RF -komponinten sa’n heech nivo kin berikke. It oerwinnen fan dizze swierrichheden sil in grutte stap foarút nimme yn it ûntwerp fan draadloze mobile tillefoans en de rjochting foar gruttere yntegraasje yn ‘e heine takomst sette.

Konklúzje fan dit papier

D’r binne noch in protte swierrichheden yn RF -yntegraasje. Elk RF -apparaat fan moderne mobile tillefoan wurdt konfrontearre mei strange easken foar prestaasjes. De eask foar gefoelichheid is sawat – 106dbm (106db ûnder 1 MW) of heger, en it korrespondearjende nivo is mar in pear mikrovolts; Derneist moat selektiviteit, dat is it ôfwizingsfermogen fan it nuttige kanaal nei de oanswettende frekwinsjeband (gewoanwei neamd as blokkearjen), yn ‘e folchoarder wêze fan 60dB; Derneist is de systeemoscillator ferplicht om te operearjen ûnder heul leech faze -lûd om te foarkommen dat folding blokkearjende enerzjy yn ‘e ûntfangende band komt. RF -yntegraasje is heul lestich fanwegen de heul hege frekwinsje en ekstreem easken prestaasjeseasken.

It ferwurkjen fan multyfrekwinsje -standert bringt in echte útdaging foar de heule SOC -frekwinsje. It wurdt hopen de eksitaasje te ferminderjen dy’t wurdt genereare troch bandsignaaloerdracht. De ynhâld fan digitale RF -yntegraasje is folle mear dan it pleatsen fan meardere RF -komponinten yn ien chip. In nije arsjitektuer fan hardware dielen is nedich.

Foar systeemûntwerpers kinne de hjoeddeistige ienfâldige, heul yntegreare en kosten-effektive halfgeleiderapparaten de ûntwerpkompleksiteit sterk ferminderje. Tagelyk kinne se de skaaimerken fan draadloze apparaten ferrykje en de systeemgrutte, batterijlibben en kosten ûnferoare hâlde. De nije heul yntegreare RF -apparaten kinne ek guon skelen yn draadloos ûntwerp eliminearje en weardefolle tiid fan yngenieurs besparje.