Компоненттердин санын азайтып, аянтын азайтыңыз райондук такта зымсыз RF бириктирүү аркылуу

Бүгүнкү зымсыз түзмөктөрдө, тактадагы компоненттердин жарымынан көбү аналогдук RF түзмөктөрү. Ошондуктан, схеманын аянтын жана электр энергиясын керектөөнү азайтуунун эффективдүү жолу-бул кеңири масштабдагы RF интеграциясын жүргүзүү жана системалык деңгээлдеги чипке карай өнүгүү. Бул документ RF интеграциясынын өнүгүү статусун тааныштырат жана бул көйгөйлөрдүн айрымдарына каршы чараларды жана чечимдерди сунуштайт.

Бир нече жыл мурун, уюлдук телефон рыногунда бир диапазондуу жана кош тилкелүү бир режимдүү телефондор үстөмдүк кылган, жана колдонулган технология гана болгонбу ??? Жалпысынан бир же эки уюлдук топту кармаңыз ??? Ошол эле модуляция ыкмасы, көп каналдуу кирүү схемасы жана протокол өткөрүү жыштык тилкесинде кабыл алынган. Алардан айырмаланып, азыркы жаңы муундагы уюлдук телефондордун дизайны алда канча татаал жана көп диапазондуу жана көп режимдерди камсыздай алат ??? Бул Bluetooth жеке аймак тармагы, GPS позициялоо жана башка функциялары бар, жана UWB жана TV кабыл алуу функциялары пайда боло баштады. Мындан тышкары, оюндар, сүрөттөр, аудио жана видео сыяктуу тиркемелер уюлдук телефондордо өтө кеңири таралган.

Зымсыз телефон колдун жеке көңүл ачуу борбору деп аталган татаал түзүлүшкө айланууда. Анын өнүгүү тенденциясы дизайнерлерге көбүрөөк кыйынчылыктарды алып келүүдө. Бир гана үн функциясы бар уюлдук телефондорго салыштырмалуу, мобилдик телефондордун жаңы мууну байланышты иштетүүдө, тиркемелерди иштетүүдө, RF интерфейстеринин санында жана интеграцияланган эс тутумунда бир топ жогорулаганына карабастан, колдонуучулар уюлдук телефондордун көлөмү азыраак, формасы оңой, төмөн болушун күтүшөт. баасы жана чоң түстүү дисплей, Бул салттуу үн телефондоруна окшош күтүү жана сүйлөшүү убактысын камсыздай алат. Учурдагы жалпы көлөмдү жана электр энергиясын керектөөнү сактоо, бирок функцияны экспоненциалдуу түрдө жогорулатуу, системанын жалпы наркын өзгөрүүсүз сактоо, мунун баары системанын дизайнерлерине көп көйгөйлөрдү жаратат.

Албетте, көйгөй бүтүндөй системанын дизайнынын бардык бөлүктөрүн, ошондой эле бардык зымсыз байланышты жана көңүл ачуучу мазмунду жеткирүүчүлөрдү камтыйт. Тактайдын аянтын жана энергия керектөөнү кыскартууда өзгөчө эффективдүү болгон аймак зымсыз системанын дизайнынын RF бөлүгү. Бул азыркы типтүү уюлдук телефондо, тактадагы компоненттердин жарымынан көбү аналогдук RF компоненттери болуп саналат, алар чогуу бүтүндөй аянттын 30-40% ын түзөт, мисалы GPS жана WLAN сыяктуу Bluetooth RF системалары. мейкиндикке болгон талаптарды жогорулатуу.

Чечим-бул кеңири масштабдагы RF интеграциясын жүргүзүү жана акыры системанын деңгээлиндеги толук интеграцияланган чипке айлануу. Кээ бир дизайнерлер аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөрдү антеннага салып, RF функциялары үчүн керектүү болгон жалпы плата мейкиндигин азайтышат. Жарым өткөргүчтөрдү интеграциялоо технологиясы бир функцияга көбүрөөк функцияларды бириктире алганда, дискреттик приборлордун саны жана бул түзүлүштөрдү жайгаштыруу үчүн колдонулган схема мейкиндиги ошого жараша кыскарат. Өнөр жай системалык деңгээлдеги чип интеграциясына карай жылганда, дизайнерлер чакан зымсыз түзүлүштөрдө жогорку RF татаалдыгы менен батарейканын иштөө мөөнөтүнүн ортосундагы карама -каршылыкты жоюу үчүн жаңы технологияларды табууну улантышат.

RF интеграциясынын өнүгүү абалы

RF интеграциясынын маанилүү өнүгүүсү болжол менен эки жыл мурун пайда болгон. Ошол учурда, RF технологиясынын жана санариптик тилкенин модеминин өнүгүшү, superheterodyne RF түзмөктөрүн зымсыз уюлдук телефондордо түздөн -түз түшүүчү кабыл алгычтар менен алмаштырууга мүмкүндүк берди. Superheterodyne RF приборлору көп жылдар бою жакшы колдонулган көп баскычтуу миксерлерди, чыпкаларды жана бир нече чыңалуу менен башкарылуучу осцилляторлорду (VCOs) колдонушат, бирок түз жыштыктагы конверсиялык RF түзмөктөрүнүн интеграциясы GSM RF компоненттеринин жалпы санын абдан азайта алат. 1990 -жылдардын аягында типтүү бир диапазондогу superheterodyne RF чакан системасына PA, антенна которгуч, LDO, кичинекей сигнал RF жана vctcxo кирген, болжол менен 200 дискреттик приборлор; Бүгүн биз VCO, VCXO жана PLL цикл чыпкасын бириктирген төрт тилкелүү функция менен түз жыштыктагы конверсия системасын иштеп чыга алабыз, бирок анын компоненттеринин саны 50дөн аз. Figure 1: төрт интеграциялуу GSM transceiver.

Мисалы, GSM үчүн Техас инструменттеринин trf6151 (1-сүрөт) чип чыңалуусун жөнгө салуучу, VCO жана VCO каналы, PA кубатын көзөмөлдөө, PLL укуругу чыпкасы четиндеги блокаторлорду аныктоо, LNA пайдасын этап-этабы менен көзөмөлдөө жана VCXO кирет.

Дизайнерлер үчүн өнүккөн интеграция зымсыз RFдеги кээ бир чоң көйгөйлөрдү чечүүгө жардам берет, алардын арасында эң негизгиси DC энергия менен камсыздоо жана трансиверди жөнгө салуу. Чалуу учурунда батареянын чыңалуусу температуранын жана убакыттын өзгөрүшү менен өзгөрөт. Мындан тышкары, TX VCO жана Rx VCO энергия булактарынын ызы -чуусу да бүт системанын иштөөсүнө таасирин тийгизет. Ошондуктан, дизайнерлер RF схемасынын жөнгө салуучусун жана ага байланышкан пассивдүү компоненттерди кантип чечүү көйгөйүнө туш болушат. Бул түзүлүштөрдү RF трансиверине интеграциялоо – бул тышкы бөлүктүн бирден -бир керектөөчүсү, бул жөн гана конструкцияны жөнөкөйлөтпөстөн, ошондой эле схемадагы мейкиндикти үнөмдөгөн, электр менен жабдуу түздөн -түз туташкан конденсатор.

RF дизайнерлери үчүн дагы бир кыйынчылык – VCO тюнинг диапазону жана кулпулоо убактысы. Бардык аналогдук VCO дизайнында. Кулпулоо убактысын жана тюнинг диапазонун тең салмакта кармоо көп учурда керек болгондуктан, цикл чыпкасы адатта чиптин сыртына коюлат. Кээде, бул VCO тюнинг диапазонун программалык башкарууда чечилиши мүмкүн. Бирок, бул ыкма телефондун жалпы өнүгүүсү үчүн кошумча ресурстук талаптарды коёт. Санарип тюнинг функциясы VCOго киргенде жана өзүн -өзү калибрлөөнү камсыз кыла алганда, узартылган тюнинг диапазонун алууга болот жана циклдин чыпкасы элементин чипке жайгаштырууга болот. Албетте, бул схема дизайн инженерлерине өз иштерин жөнөкөйлөтүүгө мүмкүндүк берет.

GSM системасы талап кылган өткөргүчтүн көзөмөлүн алуу үчүн, ПА өндүрүүчүлөрү жалпысынан бул функцияны күчөткүч модулуна (PAM) кошушат. Күч контролери, адатта, PAMдагы көз карандысыз чипте жасалган миңдеген санариптик CMOS дарбазаларынан турат. Бул элемент PAMдин баасын 0.30 ~ 0.40 АКШ долларына жогорулатат. Бул функцияны RF түзмөктөрүнө киргизүү GaAs PAM өндүрүүчүлөрүнө санарип CMOS схемаларын сатып албоого жана аларды PAMга орнотууга мүмкүнчүлүк берет. Ай сайын миңдеген продукция чыгаруучу OEM үчүн бул ашыкча компонентти алып салуу алардын баасын бир топ төмөндөтөт.

Өркүндөтүлгөн интеграция олуттуу үнөмдөөгө алып келе турган дагы бир аймак VCXO. Мурда кымбат vctcxo модулдары дискреттик компоненттер катары RF түзмөктөрүндө сатылып алынган жана иштелип чыккан. Ошондуктан, RF түзмөктөрүнө vctcxo модулдарынын жалпы компоненттерин киргизүү чыгымдарды жана ага байланыштуу дизайн көйгөйлөрүн азайта алат. Trf6151ди колдонуп, vctcxo функциясын аткаруу үчүн арзан кристалл жана варактор гана талап кылынат.

Бул интеграцияга жана дизайнды жөнөкөйлөтүүгө карабастан, RF дизайн инженерлери дагы деле татаал тандоолорго туш болушат, алардын бири киргизүү сезгичтиги жана Rx энергия керектөөсү. Белгилүү болгондой, аз ызы -чуу күчөткүчүнүн (ЛНА) конструкциясында колдонулган ток канчалык чоң болсо, жалпы ызы -чуунун мүнөздөмөсү ошончолук төмөн болот. Инженер -конструктор алуучунун жалпы кубатынын бюджетин жана алуучунун сезгичтик деңгээлине болгон талаптарды аныкташы керек. Бирок, кубаттын азайышы менен ызы -чуу азайбайт. Чынында, бул тескерисинче. Ошондуктан, ал GSM стандарттык спецификациясына жооп бере алса да, дизайнерлер көбүнчө белгилүү бир сезгичтик деңгээлине жетүү үчүн электр энергиясын керектөө баасын төлөөгө татыктуубу же жокпу деп сурашы керек. Бул суроо, ошондой эле дизайн инженерлери жана IC өндүрүүчүлөрүнүн бүт дизайн процессинде тыгыз кызматташуусу эмне үчүн керек экенин түшүндүрөт. Дизайн инженерлеринин пикири IC өндүрүүчүлөрүнө келечектеги RF продуктыларын иштеп чыгууда зымсыз тармакты жакшыраак тейлөөгө багыт бере алат.

SOC карай өнүгүү

Зымсыз системалардын баасын, кубаттуулугун жана татаалдыгын азайтуу системанын интеграциясынын талаптарын ийгиликтүү аткаруу үчүн абдан маанилүү. Бирок, уюлдук телефондор үчүн жогорку интеграциялык чечимдерди иштеп чыгуу жарым өткөргүчтөрдөн татаал техникалык тоскоолдуктарды жеңүүнү талап кылат. Бул тоскоолдуктардын кээ бирлери дизайнерлер тарабынан сейрек кездешет, анткени алардын көбү SOC түзмөктөрүнүн кантип жасалганын билгиси келбейт, анткени ал талап кылынган аткарууну камсыздай алат. Ошондуктан, уюлдук телефонду интеграциялоодо колдонулуучу түзүлүштөрдүн жөндөмдүүлүгүнө жана жеткиликтүүлүгүнө таасир эте турган кээ бир технологиялык технологияларды тез түшүнүү керек.

Уюлдук телефондун RF электрондук системасын интеграциялоонун бир нече мүмкүн болгон схемалары бар. Биринчиден, салттуу RF архитектурасы салттуу технологияны колдонуу менен салыштырмалуу жөнөкөй биполярдык же BiCMOS процессинде ишке ашырылышы мүмкүн. Акыркы RF чипи мобилдик телефондун санариптик логикалык функциялары менен көп чип таңгактоо технологиясын (системалык деңгээлдеги таңгактоо технологиясын) колдонуп чогултулушу мүмкүн. Бул технологиянын көптөгөн артыкчылыктары бар болсо да, мисалы, тааныш RF дизайн методдорун жана жетилген процесстерди жана технологияларды колдонуу, сыноо приборлорунун жогорку баасына жана түшүмдүүлүгүнө байланыштуу коммерциялаштыруу кыйын.

Мындан тышкары, уюлдук телефондун электрондук системасынын интеграциясын BiCMOS (SiGe) жанафли процесси аркылуу да алууга болот. Бирок, SiGe HBT түзмөктөрүн иштетүү кошумча литография процессин талап кылгандыктан, акыркы чип кошумча чыгымды талап кылат. Ошол эле учурда, SiGe BiCMOS технологиясы эң алдыңкы литография процессин колдоно албагандыктан, BiCMOS процесси адатта өнүккөн санарип CMOS процессинен артта калат. Булар уюлдук телефондордун өзгөчөлүктөрүн жогорулатууга жана чыгымдарды кыскартууга чоң кысым көрсөтөт. Бул жөнөкөй вафли процессинин стратегиясы менен чечилбейт, анткени бул технология системанын логикасын же санарип бөлүгүн ар дайым эң төмөнкү баада сактай албайт. Ошондуктан, BiCMOS (же SiGe) системасынын базалык тилкелүү функциясынын RF бөлүгүн монолиттуу интеграциялоо жакшы чечим эмес.

Карала турган акыркы чечим – бул CMOSко RF интеграциясы, ал дагы бир топ кыйынчылыктарга туш болот. Бир нече CMOS уюлдук RF дизайны бар болсо да, бул дизайндар негизинен аналогдук функцияларга негизделген. CMOS технологиясы менен аналогдук аралаштыргычтарды, чыпкаларды жана күчөткүчтөрдү ишке ашыруу кыйын жана электр энергиясын керектөө жалпысынан SiGe BiCMOS схемасынан чоңураак. Процесс технологиясынын өнүгүшү менен CMOSтун рейтинги төмөндөп бара жатат, бул аналогдук дизайнды татаалдаштырат. Жаңы процесстерди иштеп чыгуунун алгачкы стадиясында, түзмөктү моделдөө жана процесстин жетилүүсү жалпысынан аналогдук модулдун дизайны үчүн талап кылынган жогорку тактыктагы моделдөө талаптарына жооп бере албайт. Бирок, жакында эле иштелип чыккан санарип CMOS RF архитектурасы монолиттүү CMOS интеграциясын жагымдуу кылат.

Бул чечимдер ошондой эле жарым өткөргүч индустриясын кууп чыгарат, анткени өндүрүүчүлөр RF системасынын деңгээлиндеги чиптерди арзан баада издешет. Ар бир интеграция схемасында кыйынчылыктар болгону менен, RF компоненттеринин интеграциясы ушунчалык жогорку деңгээлге жетиши таң калыштуу. Бул кыйынчылыктарды жеңүү зымсыз уюлдук телефондордун дизайнында алдыга чоң кадам таштайт жана жакынкы келечекте көбүрөөк интеграцияга багыт берет.

Бул документтин корутундусу

RF интеграциясында дагы эле көптөгөн кыйынчылыктар бар. Заманбап уюлдук телефондун ар бир RF түзмөгү иштөө талаптарына жооп берет. Сезгичтиктин талабы болжол менен – ​​106дбм (106 МВттан төмөн 1дб) же андан жогору, жана тиешелүү деңгээл бир нече микровольт; Мындан тышкары, тандалмалуулук, башкача айтканда, пайдалуу каналдын чектеш жыштык тилкесине баш тартуу жөндөмү (көбүнчө блокировка деп аталат) 60дБ тартибинде болушу керек; Мындан тышкары, тутум осциллятору бүктөлүүчү бөгөөчү энергияны кабыл алуу тобуна киришине жол бербөө үчүн өтө аз фазалуу ызы -чуу астында иштеши керек. RF интеграциясы өтө жогорку жыштыктагы жана өтө талаптуу аткаруу талаптарына байланыштуу өтө кыйын.

Көп жыштыктагы стандартты иштетүү бүт SOC жыштыгына чыныгы кыйынчылыкты алып келет. Бул диапазондогу сигналды берүүдө пайда болгон дүүлүктүрүүнү азайтууга үмүттөнөт. Санариптик RF интеграциясынын мазмуну бир чипке бир нече RF компоненттерин салгандан алда канча көп. Аппараттык алмашуунун жаңы архитектурасы керек.

Система дизайнерлери үчүн учурдагы жөнөкөй, өтө интеграцияланган жана үнөмдүү жарым өткөргүч түзүлүштөр дизайндын татаалдыгын абдан төмөндөтө алат. Ошол эле учурда, алар зымсыз түзүлүштөрдүн мүнөздөмөлөрүн байытып, системанын көлөмүн, батареянын иштөө мөөнөтүн жана баасын өзгөрүүсүз калтыра алышат. Жаңы жогорку интеграцияланган RF түзмөктөрү зымсыз дизайндагы кээ бир талаштарды жок кылып, инженерлердин баалуу убактысын үнөмдөй алат.