Կրճատել բաղադրիչների քանակը և նվազեցնել տարածքը միացում տախտակ անլար ՌԴ ինտեգրման միջոցով

Այսօրվա անլար սարքերում տպատախտակի բաղադրիչների կեսից ավելին անալոգային ՌԴ սարքավորումներն են: Հետևաբար, տպատախտակի տարածքը և էներգիայի սպառումը նվազեցնելու արդյունավետ միջոց է ավելի լայնածավալ ՌԴ ինտեգրում իրականացնելը և զարգանալ համակարգի մակարդակի չիպի նկատմամբ: Այս փաստաթուղթը ներկայացնում է ՌԴ -ի ինտեգրման զարգացման կարգավիճակը և առաջադրում որոշ հակաքայլեր և լուծումներ այդ խնդիրներից մի քանիսի համար:

Մի քանի տարի առաջ բջջային հեռախոսների շուկայում գերակշռում էին մեկանգամյա և երկկողմանի մեկ ռեժիմի հեռախոսները, և օգտագործվող տեխնոլոգիան միայն ??? Ընդհանուր մեկ կամ երկու բջջային գոտի պահեք ??? Նույն մոդուլյացիայի մեթոդը, բազմաալիքային մուտքի սխեման և արձանագրությունը ընդունված են պահման հաճախականությունների տիրույթում: Ի հակադրություն, այսօրվա բջջային հեռախոսների նոր սերնդի դիզայնը շատ ավելի բարդ է և կարող է ապահովել բազմաշերտ և բազմաֆունկցիոնալ ռեժիմ ??? Այն ունի Bluetooth անձնական տարածքի ցանց, GPS տեղորոշում և այլ գործառույթներ, իսկ UWB և հեռուստատեսություն ընդունող գործառույթները սկսել են ի հայտ գալ: Բացի այդ, բջջային հեռախոսներում շատ տարածված են դարձել այնպիսի ծրագրեր, ինչպիսիք են խաղերը, պատկերները, աուդիո -վիդեոն:

Անլար հեռախոսը դառնում է բարդ սարք, որը կոչվում է ձեռքի անձնական ժամանցի կենտրոն: Նրա զարգացման միտումը շարունակում է ավելի շատ մարտահրավերներ բերել դիզայներներին: Չնայած միայն ձայնային գործառույթ ունեցող բջջային հեռախոսների հետ, նոր սերնդի բջջային հեռախոսները զգալիորեն աճել են հաղորդակցության մշակման, ծրագրերի մշակման, ՌԴ միջերեսների և ինտեգրված հիշողության հզորության մեջ, այնուամենայնիվ, օգտվողները դեռևս ակնկալում են, որ բջջային հեռախոսները կունենան ավելի փոքր ծավալ, պարզեցված ձև, ցածր գինը և մեծ գունավոր էկրանը, այն կարող է տրամադրել սպասման և խոսելու ժամանակ, որը նման է ավանդական ձայնային հեռախոսներին: Պահպանելով գոյություն ունեցող ընդհանուր չափսերն ու էներգիայի սպառումը, սակայն գործառույթը դարձնել երկրաչափական աճ, մինչդեռ համակարգի ընդհանուր արժեքը անփոփոխ պահպանելով ՝ այս բոլորը բազմաթիվ խնդիրներ են ստեղծում համակարգի դիզայներների համար:

Ակնհայտ է, որ խնդիրը ներառում է ամբողջ համակարգի ձևավորման բոլոր մասերը, ինչպես նաև անլար կապի և ժամանցի բոլոր բովանդակության մատակարարները: Տախտակի տարածքի և էներգիայի սպառման նվազեցման առումով հատկապես արդյունավետ տարածքներից մեկը անլար համակարգի նախագծման ՌԴ մասն է: Դա պայմանավորված է նրանով, որ այսօրվա սովորական բջջային հեռախոսի վրա տախտակի բաղադրիչների կեսից ավելին անալոգային ՌԴ բաղադրիչներ են, որոնք միասին կազմում են տախտակի ամբողջ տարածքի 30-40% -ը, ինչպես օրինակ ՝ Bluetooth ՌԴ համակարգերը, ինչպիսիք են GPS- ը և WLAN- ը, նույնպես մեծապես մեծացնել տարածքի նկատմամբ պահանջները:

Լուծումն այն է, որ ավելի լայնածավալ ՌԴ ինտեգրում իրականացվի և վերջապես վերածվի լիովին ինտեգրված համակարգի մակարդակի չիպի: Որոշ դիզայներներ ալեհավաքի մեջ դնում են անալոգային-թվային կերպափոխիչներ ՝ նվազեցնելու համար ՌԴ ֆունկցիաների համար պահանջվող տպատախտակի ընդհանուր տարածքը: Երբ կիսահաղորդչային ինտեգրման տեխնոլոգիան կարող է ավելի շատ գործառույթներ ներդնել մեկ սարքում, համապատասխանաբար կկրճատվի այդ սարքերի տեղակայման համար օգտագործվող դիսկրետ սարքերի և տպատախտակների քանակը: Քանի որ արդյունաբերությունը շարժվում է դեպի համակարգային մակարդակի չիպերի ինտեգրում, դիզայներները կշարունակեն գտնել նոր տեխնոլոգիաներ ՝ փոքր անլար սարքերում ավելի բարձր ՌԴ բարդության և մարտկոցի ավելի երկար աշխատելու հակասության համար:

ՌԴ -ի ինտեգրման զարգացման կարգավիճակը

ՌԴ ինտեգրման կարևոր զարգացում հայտնվեց մոտ երկու տարի առաջ: Այդ ժամանակ ՌԴ տեխնոլոգիայի և թվային բազային մոդեմի զարգացումը հնարավորություն տվեց փոխարինել գերհերոդոդային ՌԴ սարքերը անլար բջջային հեռախոսներում փոխակերպման ընդունիչներով: Superheterodyne ՌԴ սարքերը օգտագործում են բազմաստիճան խառնիչներ, զտիչներ և բազմակի լարման վերահսկվող տատանումներ (VCO), որոնք երկար տարիներ լավ են օգտագործվել, սակայն անմիջական հաճախականության փոխակերպման ՌԴ սարքերի ինտեգրումը կարող է մեծապես նվազեցնել GSM ՌԴ բաղադրիչների ընդհանուր թիվը: 1990 -ականների վերջին տիպիկ մեկանգամյա սուպերհերոդոդային ՌԴ ենթահամակարգը ներառում էր PA, ալեհավաքի անջատիչ, LDO, փոքր ազդանշանային ՌԴ և vctcxo, որոնք պահանջում էին մոտ 200 առանձին սարք: Այսօր մենք կարող ենք նախագծել չորս հաճախականության ֆունկցիայի ուղիղ հաճախականության փոխակերպման համակարգ, որը միավորում է VCO, VCXO և PLL հանգույցի ֆիլտրը, սակայն դրա բաղադրիչների թիվը 50 -ից պակաս է:

Օրինակ, GSM- ի Texas Instruments- ի trf6151 (Նկար 1) հաղորդիչը ներառում է չիպի լարման կարգավորիչ, VCO և VCO ալիք, PA էներգիայի վերահսկում, PLL օղակի ֆիլտրի եզրերի արգելափակման հայտնաբերում, LNA- ի ձեռքբերման փուլային հսկողություն և VCXO:

Դիզայներների համար առաջադեմ ինտեգրացիան օգնում է հաղթահարել անլար ՌԴ -ի որոշ հիմնական խնդիրներ, որոնցից ամենակարևորը `հաղորդիչի հոսանքի մատակարարումն ու կարգավորումը: Aանգի ընթացքում մարտկոցի լարումը կփոխվի ջերմաստիճանի և ժամանակի փոփոխության հետ: Բացի այդ, TX VCO և Rx VCO սնուցման աղբյուրից աղմուկի միացումը նույնպես կազդի ամբողջ համակարգի աշխատանքի վրա: Հետևաբար, դիզայներները բախվում են այն խնդրի հետ, թե ինչպես լուծել ՌԴ տպատախտակի կարգավորիչը և հարակից պասիվ բաղադրիչները: Այս սարքերը ՌԴ հաղորդիչին ինտեգրելը նշանակում է, որ պահանջվող միակ արտաքին բաղադրիչը պարզ անջատիչ կոնդենսատորն է, որն անմիջականորեն կապված է էներգիայի մատակարարման հետ, ինչը ոչ միայն պարզեցնում է դիզայնը, այլև խնայում է տպատախտակի տարածքը:

ՌԴ դիզայներների համար մեկ այլ մարտահրավեր է VCO թյունինգի տիրույթը և կողպման ժամանակը: Բոլոր անալոգային VCO նախագծերում: Քանի որ հաճախ անհրաժեշտ է հավասարակշռել կողպման ժամանակը և թյունինգի տիրույթը, հանգույցի զտիչը սովորաբար տեղադրվում է չիպից դուրս: Երբեմն դա կարող է լուծվել VCO թյունինգի տիրույթի ծրագրային ապահովման վերահսկողության մեջ: Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը լրացուցիչ ռեսուրսային պահանջներ է առաջ քաշում հեռախոսի ընդհանուր զարգացման համար: Երբ թվային թյունինգի գործառույթը ներառված է VCO- ում և կարող է ապահովել ինքնորոշում, կարելի է ձեռք բերել թյունինգի ընդլայնված տիրույթ, իսկ հանգույցի ֆիլտրի տարրը կարող է տեղադրվել չիպի մեջ: Ակնհայտ է, որ այս սխեման կարող է դիզայներական ինժեներներին հնարավորություն տալ պարզեցնել իրենց աշխատանքը:

GSM համակարգով պահանջվող հաղորդիչի հզորության վերահսկումը ստանալու համար PA- ն արտադրողներն ընդհանրապես այս գործառույթը ներառում են հզորության ուժեղացուցիչի մոդուլում (PAM): Էլեկտրաէներգիայի վերահսկիչը սովորաբար բաղկացած է մինչև հազարավոր թվային CMOS դարպասներից, որոնք պատրաստված են PAM- ի անկախ չիպով: Այս տարրը կբարձրացնի PAM- ի արժեքը $ 0.30 ~ 0.40 ԱՄՆ դոլարով: Այս գործառույթը ՌԴ սարքերի մեջ ներառելը GaAs PAM արտադրողներին հնարավորություն կտա չգնել թվային CMOS սխեմաներ և տեղադրել դրանք PAM- ում: Ամեն ամիս հազարավոր ապրանքներ արտադրող OEM- ի համար այս ավելորդ բաղադրիչի հեռացումը զգալիորեն կնվազեցնի դրանց արժեքը:

Մեկ այլ ոլորտ, որտեղ առաջադեմ ինտեգրումը կարող է զգալի խնայողություններ բերել, VCXO- ն է: Նախկինում թանկարժեք vctcxo մոդուլներ էին գնվում և նախագծվում ՌԴ սարքերում `որպես դիսկրետ բաղադրիչներ: Հետևաբար, vctcxo մոդուլների ընդհանուր բաղադրիչները ՌԴ սարքերում ներառելը կարող է նվազեցնել ծախսերը և դրա հետ կապված նախագծման խնդիրները: Օգտագործելով trf6151, vctcxo գործառույթը ավարտելու համար պահանջվում են միայն էժան բյուրեղ և վարակտոր:

Չնայած այդ ինտեգրմանը և դիզայնի պարզեցմանը, ՌԴ նախագծման ինժեներները դեռևս կանգնած են դժվար ընտրության առջև, որոնցից մեկը մուտքային զգայունությունն է և Rx էներգիայի սպառումը: Հայտնի է, որ որքան մեծ է ցածր աղմուկի ուժեղացուցիչի (LNA) նախագծման մեջ օգտագործվող հոսանքը, այնքան ցածր են աղմուկի ընդհանուր բնութագրերը: Նախագծող ինժեները պետք է որոշի ստացողի էներգիայի ընդհանուր բյուջեն և ստացողի զգայունության մակարդակի պահանջները: Այնուամենայնիվ, աղմուկը չի նվազում ուժի նվազեցմամբ: Իրականում հակառակն է: Հետևաբար, չնայած այն կարող է բավարարել GSM ստանդարտի բնութագիրը, դիզայներները հաճախ պետք է իրենց հարց տան ՝ արժե՞ արդյոք էներգիայի սպառման գինը վճարել զգայունության որոշակի մակարդակի հասնելու համար: Այս հարցը բացատրում է նաև, թե ինչու է անհրաժեշտ նախագծող ինժեներների և IC արտադրողների համար սերտորեն համագործակցել նախագծման ամբողջ գործընթացում: Դիզայներ -ինժեներների արձագանքը կարող է ուղղորդել IC արտադրողներին `ավելի լավ ծառայելու անլար արդյունաբերությանը` ՌԴ ապագա արտադրանք մշակելիս:

Developարգանում է դեպի SOC

Անլար համակարգերի արժեքի, հզորության և բարդության նվազեցումը շատ կարևոր է `համակարգի ինտեգրման պահանջները հաջողությամբ բավարարելու համար: Այնուամենայնիվ, բջջային հեռախոսների համար բարձր ինտեգրացիոն լուծումների մշակումը պահանջում է, որ կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը հաղթահարի բարդ տեխնիկական խոչընդոտները: Այս խոչընդոտներից ոմանք հազվադեպ են վերաբերում դիզայներներին, քանի որ նրանցից շատերը չեն ցանկանում իմանալ, թե ինչպես են պատրաստվում SOC սարքերը, քանի դեռ այն կարող է ապահովել պահանջվող կատարումը: Հետևաբար, անհրաժեշտ է արագ հասկանալ որոշ տեխնոլոգիական տեխնոլոգիաներ, որոնք կազդի բջջային հեռախոսների ինտեգրման մեջ օգտագործվող սարքերի կարողության և մատչելիության վրա:

Բջջային հեռախոսների ՌԴ էլեկտրոնային համակարգի ինտեգրման մի քանի իրագործելի սխեմաներ կան: Նախ, ավանդական ՌԴ ճարտարապետությունը կարող է իրականացվել համեմատաբար պարզ երկբևեռ կամ BiCMOS գործընթացում `օգտագործելով ավանդական տեխնոլոգիան: Վերջնական ՌԴ չիպը կարող է հավաքվել բջջային հեռախոսի թվային տրամաբանական գործառույթների միջոցով `օգտագործելով մի քանի չիպերի փաթեթավորման տեխնոլոգիա (համակարգի մակարդակի փաթեթավորման տեխնոլոգիա): Չնայած այս տեխնոլոգիան ունի բազմաթիվ առավելություններ, օրինակ ՝ ՌԴ նախագծման ծանոթ մեթոդների և հասուն գործընթացների և տեխնոլոգիաների օգտագործումը, այն դժվար է առևտրայնացնել ՝ թեստային սարքերի բարձր արժեքի և եկամտաբերության պատճառով:

Բացի այդ, բջջային հեռախոսի էլեկտրոնային համակարգի ինտեգրումը կարելի է ձեռք բերել նաև BiCMOS (SiGe) վաֆլի առաջադեմ գործընթացով: Այնուամենայնիվ, քանի որ SiGe HBT սարքերի մշակումը պահանջում է լրացուցիչ վիմագրման գործընթաց, վերջնական չիպը կպահանջի լրացուցիչ ծախսեր: Միևնույն ժամանակ, քանի որ SiGe BiCMOS տեխնոլոգիան չի կարող օգտագործել առավել առաջադեմ վիմագրության գործընթացը, BiCMOS գործընթացը սովորաբար հետ է մնում առաջադեմ թվային CMOS գործընթացից: Դրանք մեծ ճնշում կբերեն բջջային հեռախոսների բնութագրերը բարձրացնելու և ծախսերը նվազեցնելու համար: Այն հնարավոր չէ լուծել վաֆլիի գործընթացի պարզ ռազմավարությամբ, քանի որ այս տեխնոլոգիան չի կարող մշտապես պահել համակարգի տրամաբանությունը կամ թվային մասը հնարավորինս ամենացածր գնով: Հետևաբար, համակարգի բազային կապի գործառույթի ՌԴ մասի միաձույլ ինտեգրումը BiCMOS- ում (կամ SiGe) լավ ընտրություն չէ:

Վերջնական լուծումը, որը կարելի է դիտարկել, CMOS- ում ՌԴ ինտեգրումն է, որը նույնպես բախվում է զգալի մարտահրավերների: Չնայած կան մի քանի CMOS բջջային ՌԴ դիզայն, այս նախագծերը հիմնականում հիմնված են անալոգային գործառույթների վրա: Դժվար է իրականացնել անալոգային խառնիչներ, զտիչներ և ուժեղացուցիչներ CMOS տեխնոլոգիայով, իսկ էներգիայի սպառումը, ընդհանուր առմամբ, ավելի մեծ է, քան SiGe BiCMOS սխեման: Գործընթացային տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ CMOS- ի գնահատված մակարդակն ավելի ու ավելի է իջնում, ինչը դժվարացնում է անալոգային դիզայնը: Նոր գործընթացների մշակման վաղ փուլում սարքերի մոդելավորումը և գործընթացի հասունությունը, ընդհանուր առմամբ, չեն կարող բավարարել անալոգային մոդուլի նախագծման համար պահանջվող բարձր ճշգրտության պարամետրերի մոդելավորման պահանջները: Այնուամենայնիվ, վերջերս մշակված թվային CMOS RF ճարտարապետությունը մոնոլիտ CMOS ինտեգրումն ավելի գրավիչ է դարձնում:

Այս լուծումները նաև առաջ են մղում կիսահաղորդիչների արդյունաբերությունը, քանի որ արտադրողները փնտրում են ցածրորակ ՌԴ համակարգի մակարդակի չիպային լուծումներ: Չնայած ինտեգրման յուրաքանչյուր սխեմա ունի դժվարություններ, իսկապես զարմանալի է, որ ՌԴ բաղադրիչների ինտեգրումը կարող է հասնել նման բարձր մակարդակի: Այս դժվարությունների հաղթահարումը մեծ քայլ կդարձնի անլար բջջային հեռախոսների նախագծման մեջ և մոտ ապագայում ավելի մեծ ինտեգրման ուղղություն կտա:

Այս փաստաթղթի եզրակացությունը

Դեռևս շատ դժվարություններ կան ՌԴ ինտեգրման մեջ: Mobileամանակակից բջջային հեռախոսի յուրաքանչյուր ՌԴ սարք կանգնած է կատարման խիստ պահանջների առջև: Sensitivityգայունության պահանջը մոտավորապես 106 դԲմ է (106 դԲ 1 ՄՎտ -ից ցածր) կամ ավելի բարձր, իսկ համապատասխան մակարդակը `ընդամենը մի քանի միկրոավոլտ; Բացի այդ, ընտրողականությունը, այսինքն ՝ օգտակար ալիքի մերժման ունակությունը հարակից հաճախականությունների տիրույթին (սովորաբար կոչվում է արգելափակում), պետք է լինի 60 դԲ կարգի; Բացի այդ, համակարգի տատանումներից պահանջվում է աշխատել շատ ցածր փուլային աղմուկի ներքո `կանխելու ծալովի արգելափակման էներգիայի մուտքը ընդունող գոտի: ՌԴ -ի ինտեգրումը շատ դժվար է շատ հաճախականության և կատարման չափազանց պահանջկոտ պահանջների պատճառով:

Բազմակի հաճախականության ստանդարտի մշակումը իրական մարտահրավեր է բերում SOC- ի ամբողջ հաճախականությանը: Ենթադրվում է, որ այն կնվազեցնի ազդանշանի փոխանցման արդյունքում առաջացած գրգռումը: ՌԴ թվային ինտեգրման բովանդակությունը շատ ավելին է, քան մի քանի ՌԴ բաղադրիչ մեկ չիպի մեջ դնելը: Անհրաժեշտ է ապարատային փոխանակման նոր ճարտարապետություն:

Համակարգի դիզայներների համար ներկայիս պարզ, բարձր ինտեգրված և ծախսարդյունավետ կիսահաղորդչային սարքերը կարող են մեծապես նվազեցնել նախագծման բարդությունը: Նրանք միաժամանակ կարող են հարստացնել անլար սարքերի բնութագրերը և անփոփոխ պահել համակարգի չափերը, մարտկոցի ժամկետը և արժեքը: Նոր բարձր ինտեգրված ՌԴ սարքերը կարող են նաև վերացնել անլար դիզայնի որոշ վեճեր և խնայել ինժեներների արժեքավոր ժամանակը: