Nyuda jumlah komponen lan nyuda area papan sirkuit liwat integrasi RF nirkabel

Ing piranti nirkabel saiki, luwih saka setengah komponen ing papan sirkuit yaiku piranti RF analog. Mula, cara efektif kanggo nyuda area papan sirkuit lan konsumsi daya yaiku nindakake integrasi RF kanthi luwih gedhe lan berkembang menyang chip level sistem. Makalah iki ngenalake status pangembangan integrasi RF, lan menehi sawetara langkah penanggulangan lan solusi kanggo sawetara masalah kasebut.

Sawetara taun kepungkur, pasar telpon seluler didominasi telpon tunggal-mode siji band lan dual band, lan teknologi sing digunakake mung ??? Gawe siji utawa loro pita selular ??? Metode modulasi sing padha, skema akses multi-kanal lan protokol diadopsi ing pita frekuensi nyekeli. Bentenipun, desain ponsel seluler anyar saiki luwih rumit lan bisa nyedhiyakake multi band lan multi-mode ??? Nduwe jaringan area pribadi Bluetooth, posisi GPS lan fungsi liyane, lan fungsi nampa UWB lan TV wiwit diwiwiti. Kajaba iku, aplikasi kayata game, gambar, audio lan video dadi umum ing ponsel.

Telpon nirkabel dadi piranti rumit sing diarani pusat hiburan pribadi genggem. Tren pangembangane terus nggawa tantangan kanggo para desainer. Sanajan dibandhingake karo ponsel sing mung duwe fungsi swara, generasi anyar ponsel saya tambah akeh ing proses komunikasi, pamrosesan aplikasi, sawetara antarmuka RF lan kapasitas memori integral, pangguna isih ngarepake ponsel duwe volume luwih sithik, bentuk streamline, kurang rega lan tampilan warna gedhe, Bisa nyedhiyakake siyaga lan wektu ngobrol padha karo telpon swara tradisional. Ngramut ukuran umume lan konsumsi daya sing ana, nanging nggawe fungsi nambah kanthi cepet, sanajan njaga biaya sistem sakabehe ora owah, kabeh masalah kasebut dadi akeh masalah tumrap para perancang sistem.

Temenan, masalah kasebut nyakup kabeh bagean kabeh desain sistem, uga panyedhiya kabeh komunikasi nirkabel lan konten hiburan. Siji wilayah sing efektif banget kanggo nyuda area papan lan konsumsi daya yaiku bagean RF saka desain sistem nirkabel. Iki amarga ing ponsel umum saiki, luwih saka setengah komponen ing papan kasebut yaiku komponen RF analog, sing kalebu 30-40% area dewan, kayata sistem Bluetooth Bluetooth kayata GPS lan WLAN uga bakal nuwuhake nambah syarat kanggo papan.

Solusine yaiku nindakake integrasi RF sing luwih gedhe lan pungkasane dadi chip level sistem sing terintegrasi. Sawetara desainer nggawe konverter analog-menyang-digital menyang antena kanggo nyuda total papan papan sirkuit sing dibutuhake kanggo fungsi RF. Nalika teknologi integrasi semikonduktor bisa nggabungake fungsi liyane ing piranti siji, jumlah piranti diskrit lan papan papan sirkuit sing digunakake kanggo nampung piranti kasebut bakal dikurangi. Nalika industri pindhah menyang integrasi chip level sistem, para desainer bakal terus nemokake teknologi anyar kanggo nemokake kontradiksi antarane kerumitan RF sing luwih dhuwur lan umur batere sing luwih dawa ing piranti nirkabel cilik.

Status pangembangan integrasi RF

Pangembangan penting integrasi RF muncul udakara rong taun kepungkur. Nalika semana, pangembangan teknologi RF lan modem baseband digital bisa nggawe piranti superheterodyne RF kanthi penerima konversi langsung ing ponsel nirkabel. Piranti Superheterodyne RF nggunakake mixer multistage, filter lan osilator voltase (VCO) sawetara voltase, sing wis digunakake pirang-pirang taun, nanging integrasi piranti RF konversi frekuensi langsung bisa nyuda total komponen RF GSM. Ing pungkasan taun 1990an, subsistem RF superheterodyne band khas kalebu PA, saklar antena, LDO, RF sinyal cilik lan vctcxo, mbutuhake udakara 200 piranti diskrit; Dina iki, kita bisa ngrancang sistem konversi frekuensi langsung kanthi papat fungsi band, sing nggabungake filter loop VCO, VCXO lan PLL, nanging jumlah komponene kurang saka 50. Gambar 1: transceiver GSM papat band kanthi integrasi dhuwur.

Contone, transceiver trf6151 (Gambar 1) Texas Instruments kanggo GSM kalebu regulator voltase on-chip, saluran VCO lan VCO, kontrol daya PA, deteksi blocker pinggiran filter PLL, LNA entuk kontrol langkah-langkah lan VCXO.

Kanggo desainer, integrasi canggih mbantu ngatasi sawetara masalah utama ing RF nirkabel, ing antarane sing paling utama yaiku pasokan listrik DC lan regulasi transceiver kasebut. Sajrone nelpon, voltase batere bakal ganti kanthi owah-owahan suhu lan wektu. Kajaba iku, kopling swara saka sumber daya TX VCO lan Rx VCO uga bakal mengaruhi kinerja kabeh sistem. Mula, para desainer ngadhepi masalah babagan carane ngatasi regulator papan sirkuit RF lan komponen pasif sing gegandhengan. Nggabungake piranti kasebut menyang transceiver RF tegese komponen eksternal sing dibutuhake yaiku kapasitor decoupling sing gampang, sing langsung nyambung karo catu daya, sing ora mung nyederhanakake desain, nanging uga ngirit papan papan sirkuit.

Tantangan liyane kanggo para desainer RF yaiku sawetara tuning VCO lan wektu ngunci. Ing kabeh desain VCO analog. Amarga asring ngimbangi wektu ngunci lan nyetel tuning, filter loop biasane dilebokake ing njaba chip. Kadhangkala, iki bisa ditanggulangi ing kontrol piranti lunak rentang tuning VCO. Nanging, metode iki nyedhiyakake persyaratan sumber daya tambahan kanggo pangembangan telpon sakabèhé. Nalika fungsi tuning digital kalebu ing VCO lan bisa menehi kalibrasi awake dhewe, jangkoan tuning sing luwih dawa bisa dipikolehi, lan elemen filter loop bisa dilebokake ing chip kasebut. Temenan, skema iki bisa nggawe insinyur desain nyederhanakake pakaryane.

Kanggo entuk kontrol daya pemancar sing dibutuhake dening sistem GSM, umume pabrikan PA nyakup fungsi iki ing modul power amplifier (PAM). Kontroler listrik biasane kalebu nganti ewonan gerbang CMOS digital, sing digawe ing chip independen ing PAM. Unsur iki bakal nambah biaya PAM nganti US $ 0.30 ~ 0.40. Nggabungake fungsi iki menyang piranti RF bakal ngidini pabrikan GaAs PAM ora tuku sirkuit CMOS digital lan nginstal menyang PAM. Kanggo OEM sing ngasilake ewonan produk saben wulan, mbusak komponen sing keluwih iki bakal nyuda biaya.

Wilayah liyane sing integrasi maju bisa nggawa tabungan akeh yaiku VCXO. Biyen, modul vctcxo sing larang dituku lan dirancang ing piranti RF minangka komponen diskrit. Mula, nggabungake komponen umum modul vctcxo menyang piranti RF bisa nyuda biaya lan masalah desain sing ana gandhengane. Nggunakake trf6151, mung kristal lan varactor murah sing dibutuhake kanggo ngrampungake fungsi vctcxo.

Sanajan integrasi lan penyederhanaan desain iki, para insinyur desain RF isih nemoni pilihan sing angel, salah sijine yaiku sensitivitas input lan konsumsi daya Rx. Wis dingerteni manawa arus sing luwih gedhe digunakake ing desain low noise amplifier (LNA), bakal mudhun karakteristik swara sakabehe. Insinyur desain kudu nemtokake total anggaran daya panrima lan persyaratan tingkat sensitivitas panrima. Nanging, swara kasebut ora mudhun kanthi nyuda kekuwatan. Kasunyatane, kosok baline. Mula, sanajan bisa memenuhi spesifikasi standar GSM, para desainer kudu asring takon marang awake dhewe apa regane mbayar rega konsumsi daya kanggo nggayuh level sensitivitas tartamtu. Pitakon iki uga nerangake kenapa perlu para insinyur desain lan pabrikan IC kanggo kerja sama cedhak ing kabeh proses desain. Umpan balik saka para insinyur desain bisa nuntun pabrikan IC supaya bisa ngawula industri nirkabel nalika nggawe produk RF mbesuk.

Ngembang menyang SOC

Nyuda biaya, kekuwatan lan kerumitan sistem nirkabel iku penting banget supaya bisa sukses memenuhi syarat integrasi sistem. Nanging, pangembangan solusi integrasi dhuwur kanggo telpon seluler mbutuhake industri semikonduktor kanggo ngatasi alangan teknis sing kompleks. Sawetara alangan kasebut jarang dikepengini para perancang, amarga akeh sing ora pengin ngerti kepiye carane nggawe piranti SOC, Anggere bisa menehi kinerja sing dibutuhake. Mula, kudu luwih ngerti sawetara teknologi proses, sing bakal mengaruhi kemampuan lan kasedhiyan piranti sing digunakake ing integrasi ponsel.

Ana sawetara skema sing bisa ditindakake kanggo integrasi sistem elektronik RF ponsel. Kaping pisanan, arsitektur RF tradisional bisa dileksanakake ing proses bipolar utawa BiCMOS sing cukup gampang nggunakake teknologi tradisional. Chip RF pungkasan bisa dirakit nganggo fungsi logika digital ponsel nggunakake teknologi kemasan multi chip (teknologi kemasan level sistem). Sanajan teknologi iki duwe akeh kaluwihan, kayata nggunakake metode desain RF sing wis dingerteni lan proses lan teknologi sing diwasa, angel dikomersialake amarga larang regane lan panenane piranti tes.

Kajaba iku, integrasi sistem elektronik ponsel uga bisa dipikolehi kanthi proses wafer BiCMOS canggih (SiGe). Nanging, amarga proses piranti SiGe HBT mbutuhake proses litografi tambahan, chip final mbutuhake biaya tambahan. Sanalika, amarga teknologi SiGe BiCMOS ora bisa nggunakake proses litografi sing paling maju, proses BiCMOS biasane ketinggalan proses CMOS digital canggih. Iki bakal nggawa tekanan gedhe kanggo nambah karakteristik ponsel lan nyuda biaya. Ora bisa ditanggulangi kanthi strategi proses wafer sing sederhana, amarga teknologi iki ora bisa njaga logika sistem utawa bagean digital kanthi rega paling murah sawayah-wayah. Mula, integrasi monolitik sistem baseband fungsi bagean RF ing BiCMOS (utawa SiGe) dudu pilihan sing apik.

Solusi pungkasan sing bisa dipikirake yaiku integrasi RF ing CMOS, sing uga bakal nemoni tantangan. Sanajan ana sawetara desain RF seluler CMOS, desain kasebut umume adhedhasar fungsi analog. Pancen angel ngetrapake mixer analog, filter lan amplifier karo teknologi CMOS, lan konsumsi daya umume luwih gedhe tinimbang skema SiGe BiCMOS. Kanthi pangembangan teknologi proses, level rating CMOS saya suwe saya mudhun, mula nggawe desain analog dadi luwih angel. Ing tahap awal pangembangan anyar, pamodelan piranti lan proses proses umume ora bisa memenuhi persyaratan pemodelan parameter presisi tinggi sing dibutuhake kanggo desain modul analog. Nanging, arsitektur digital CMOS RF sing nembe dikembangake nggawe integrasi CMOS monolitik luwih menarik.

Solusi kasebut uga nyebabake industri semikonduktor amarga pabrikan ngupayakake solusi chip level RF sistem murah. Sanajan saben skema integrasi ngalami kesulitan, pancen kaget yen integrasi komponen RF bisa nggayuh level dhuwur. Ngatasi kesulitan kasebut bakal njupuk langkah gedhe ing desain ponsel nirkabel lan nemtokake arah integrasi luwih gedhe ing wektu ngarep.

Kesimpulan saka makalah iki

Isih akeh masalah ing integrasi RF. Saben piranti RF ponsel modern diadhepi syarat kinerja sing ketat. Syarat sensitivitas udakara – 106dbm (106db ing ngisor 1 MW) utawa luwih dhuwur, lan level sing cocog mung sawetara mikrovolt; Kajaba iku, selektivitas, yaiku kemampuan nampik saluran sing migunani menyang pita frekuensi sing jejer (umume diarani blokir), kudu ana ing urutan 60dB; Kajaba iku, osilator sistem dibutuhake kanggo operasi kanthi swara kurang banget kanggo nyegah lipat ngalangi energi saka mlebu pita panrima. Integrasi RF angel banget amarga frekuensi sing dhuwur banget lan syarat kinerja sing nuntut banget.

Pemrosesan standar multi frekuensi nggawa tantangan nyata kanggo kabeh frekuensi SOC. Muga-muga bisa nyuda rangsangan sing digawe dening transmisi sinyal band. Konten integrasi RF digital luwih saka sijine macem-macem komponen RF ing siji chip. Perlu arsitektur enggo bareng hardware anyar.

Kanggo perancang sistem, piranti semikonduktor sing gampang, integral lan efektif biaya bisa nyuda kerumitan desain. Sanalika, dheweke bisa ngasilake karakteristik piranti nirkabel lan njaga ukuran sistem, umur batere lan biaya sing ora owah. Piranti RF sing terintegrasi anyar uga bisa ngilangi sawetara perselisihan ing desain nirkabel lan ngirit wektu sing penting para insinyur.