Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоог багасгаж, талбайг нь багасгах хэлхээний самбар утасгүй RF -ийн интеграцаар дамжуулан

Орчин үеийн утасгүй төхөөрөмжүүдэд хэлхээний самбар дээрх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн талаас илүү хувь нь аналог RF төхөөрөмж юм. Тиймээс хэлхээний самбарын талбай, эрчим хүчний хэрэглээг багасгах үр дүнтэй арга бол RF-ийн өргөн хүрээний интеграцийг хийж, системийн түвшний чип рүү чиглүүлэх явдал юм. Энэхүү баримт бичиг нь RF -ийн интеграцийн хөгжлийн төлөв байдлын талаар танилцуулж, эдгээр асуудлуудын зарим эсрэг арга хэмжээ, шийдлийг дэвшүүлсэн болно.

Хэдэн жилийн өмнө гар утасны зах зээлд дан болон хос зурвасын нэг горимтой утаснууд давамгайлж байсан бөгөөд ашигладаг технологи нь зөвхөн ??? Нэг эсвэл хоёр үүрэн хамтлагийг бүгдийг нь барь ??? Ижил модуляцийн арга, олон сувгийн нэвтрэх схем, протоколыг барих давтамжийн зурваст ашигладаг. Үүний эсрэгээр, өнөөгийн шинэ үеийн гар утасны загвар нь илүү төвөгтэй бөгөөд олон зурвас, олон горимыг хангаж чаддаг уу ??? Энэ нь Bluetooth хувийн бүсийн сүлжээ, GPS -ийн байршил болон бусад функцуудтай бөгөөд UWB болон ТВ хүлээн авах функцууд гарч эхэлжээ. Үүнээс гадна тоглоом, дүрс, аудио, видео гэх мэт програмууд гар утсанд маш түгээмэл хэрэглэгддэг болсон.

Утасгүй утас нь гар хувийн зугаа цэнгэлийн төв гэж нэрлэгддэг нарийн төвөгтэй төхөөрөмж болж байна. Түүний хөгжлийн чиг хандлага нь дизайнеруудад илүү их бэрхшээл учруулсаар байна. Хэдийгээр зөвхөн дууны функцтэй гар утастай харьцуулахад шинэ үеийн гар утас нь харилцаа холбоо боловсруулах, програм боловсруулах, RF интерфэйсийн тоо, санах ойн багтаамжийн хувьд мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн боловч хэрэглэгчид гар утсыг арай бага хэмжээтэй, оновчтой хэлбэртэй, бага байх болно гэж найдаж байна. үнэ, том өнгөт дэлгэц, энэ нь уламжлалт дуут утасны нэгэн адил зогсолт, ярианы хугацааг өгөх боломжтой. Одоо байгаа нийт хэмжээ, эрчим хүчний хэрэглээг хэвээр хадгалж үлдэх боловч функцийг үлэмж хэмжээгээр нэмэгдүүлж, системийн нийт өртөг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байгаа нь системийн дизайнеруудад маш их бэрхшээл учруулж байна.

Мэдээжийн хэрэг, энэ асуудал нь бүхэл бүтэн системийн дизайны бүх хэсгүүд, түүнчлэн утасгүй холбоо, зугаа цэнгэлийн бүх контент нийлүүлэгчидтэй холбоотой юм. ТУЗ -ийн талбай, эрчим хүчний хэрэглээг багасгахад онцгой үр дүнтэй байдаг нэг салбар бол утасгүй системийн дизайны RF хэсэг юм. Учир нь өнөөгийн ердийн гар утсанд самбар дээрх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн талаас илүү хувь нь аналог RF бүрэлдэхүүн хэсгүүд байдаг бөгөөд эдгээр нь бүхэл бүтэн хавтангийн 30-40% -ийг эзэлдэг, тухайлбал GPS, WLAN гэх мэт Bluetooth RF-ийн системүүд нь маш их байх болно. орон зайд тавигдах шаардлагыг нэмэгдүүлэх.

Шийдэл бол илүү өргөн хүрээний RF-ийн интеграцийг хийж, эцэст нь системийн нэгдсэн чип болгон хөгжүүлэх явдал юм. Зарим дизайнерууд антен руу дижитал хөрвүүлэгч суурилуулж, RF-ийн функцэд шаардагдах хэлхээний самбарын нийт зайг багасгах болно. Хагас дамжуулагчийн интеграцийн технологи нь нэг төхөөрөмжид илүү олон функцийг нэгтгэж чадвал салангид төхөөрөмжүүдийн тоо болон эдгээр төхөөрөмжүүдийг байрлуулахад ашиглагддаг хэлхээний самбарын зай зохих хэмжээгээр буурах болно. Үйлдвэрлэл нь системийн түвшний чипийг нэгтгэх чиглэлд шилжихийн хэрээр дизайнерууд жижиг утасгүй төхөөрөмжүүдэд RF -ийн өндөр төвөгтэй байдал, батерейны ашиглалтын хугацааг зөрөх шинэ технологийг хайж олох болно.

RF -ийн интеграцийн хөгжлийн байдал

RF -ийн интеграцийн чухал хөгжил хоёр жилийн өмнө гарч ирэв. Тухайн үед RF технологи, дижитал зурвасын модемийг хөгжүүлснээр супер гетеродин RF -ийн төхөөрөмжийг утасгүй гар утсанд шууд доош хөрвүүлэх хүлээн авагчаар солих боломжтой болсон. Superheterodyne RF төхөөрөмжүүд нь олон жилийн турш сайн ашиглагдаж байсан олон үе шаттай холигч, шүүлтүүр, олон хүчдэлийн хяналттай осциллятор (VCOs) ашигладаг боловч шууд давтамжтай хувиргах RF төхөөрөмжийг нэгтгэх нь GSM RF -ийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоог эрс бууруулдаг. 1990 -ээд оны сүүлээр ердийн нэг хамтлагтай суперхетеродин RF дэд системд ТХГН, антенны унтраалга, LDO, жижиг дохионы RF ба vctcxo багтсан бөгөөд үүнд 200 орчим салангид төхөөрөмж шаардлагатай; Өнөөдөр бид VCO, VCXO, PLL давталтын шүүлтүүрийг нэгтгэсэн дөрвөн зурвасын функцтэй шууд давтамж хувиргах системийг зохион бүтээх боломжтой боловч түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо 50 -аас бага байна. Зураг 1: өндөр интеграцтай дөрвөн зурвасын GSM дамжуулагч.

Жишээлбэл, Texas Instruments-ийн GSM-ийн trf6151 дамжуулагч (Зураг 1) нь чип дээрх хүчдэлийн зохицуулагч, VCO ба VCO суваг, ТХГН-ийн тэжээлийн хяналт, PLL давталтын шүүлтүүрийн ирмэгийн блокаторыг илрүүлэх, LNA-ийн алхам алхмаар хяналт, VCXO зэрэг орно.

Дизайнеруудын хувьд дэвшилтэт интеграцчлал нь утасгүй RF -ийн зарим томоохон бэрхшээлийг даван туулахад тусалдаг бөгөөд үүнд хамгийн энгийн нь тогтмол гүйдлийн тэжээлийн хангамж ба дамжуулагчийн зохицуулалт юм. Дуудлагын үеэр батерейны хүчдэл температур, цаг хугацааны өөрчлөлттэй хамт өөрчлөгдөх болно. Нэмж дурдахад TX VCO ба Rx VCO цахилгаан хангамжийн дуу чимээ холболт нь бүхэл бүтэн системийн гүйцэтгэлд нөлөөлнө. Тиймээс дизайнерууд RF хэлхээний самбарын зохицуулагч болон түүнтэй холбоотой хамгийн идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хэрхэн шийдвэрлэх тухай асуудалтай тулгарч байна. Эдгээр төхөөрөмжийг RF -ийн дамжуулагч руу нэгтгэх нь зөвхөн гадны бүрэлдэхүүн хэсэг болох энгийн салгагч конденсатор бөгөөд энэ нь цахилгаан хангамжтай шууд холбогддог бөгөөд энэ нь дизайныг хялбарчлахаас гадна хэлхээний самбарын зайг хэмнэдэг гэсэн үг юм.

RF -ийн дизайнеруудын хувьд өөр нэг бэрхшээл бол VCO -ийн тааруулах хүрээ, түгжих хугацаа юм. Бүх аналог VCO загварт. Түгжих цаг ба тааруулах хүрээг тэнцвэржүүлэх шаардлагатай байдаг тул давталтын шүүлтүүрийг ихэвчлэн чипийн гадна байрлуулдаг. Заримдаа үүнийг VCO тааруулах хүрээний програм хангамжийн хяналтаар шийдэж болно. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь утасны ерөнхий хөгжилд шаардлагатай нэмэлт нөөцийн шаардлагыг тавьдаг. Тоон тааруулах функц нь VCO -д багтсан бөгөөд өөрөө өөрийгөө тохируулах боломжтой бол тохируулгын өргөтгөсөн хүрээг олж авах боломжтой бөгөөд давталтын шүүлтүүрийн элементийг чипт байрлуулж болно. Мэдээжийн хэрэг, энэ схем нь дизайны инженерүүдэд ажлаа хялбарчлах боломжийг олгодог.

GSM системд шаардлагатай дамжуулагчийн эрчим хүчний хяналтыг олж авахын тулд ТХГН -ийн үйлдвэрлэгчид энэ функцийг ерөнхийдөө цахилгаан өсгөгчийн модульд (PAM) оруулдаг. Цахилгаан хянагч нь ихэвчлэн PAM -ийн бие даасан чип дээр хийгдсэн олон мянган дижитал CMOS хаалганаас бүрддэг. Энэ элемент нь PAM -ийн зардлыг 0.30 ~ 0.40 доллараар нэмэгдүүлэх болно. Энэхүү функцийг RF төхөөрөмжид нэгтгэснээр GaAs PAM үйлдвэрлэгчид дижитал CMOS хэлхээг худалдаж авахгүй бөгөөд PAM -д суулгах боломжгүй болно. Сар бүр олон мянган бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэдэг OEM -ийн хувьд энэхүү илүүдэл хэсгийг хасах нь тэдний өртгийг ихээхэн бууруулах болно.

Дэвшилтэт интеграци нь ихээхэн хэмнэлт авчрах өөр нэг салбар бол VCXO юм. Өмнө нь үнэтэй vctcxo модулиудыг RF төхөөрөмжид салангид бүрэлдэхүүн хэсэг болгон худалдаж авч зохион бүтээсэн. Тиймээс, vctcxo модулийн нийтлэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг RF төхөөрөмжид оруулах нь өртөг болон холбогдох дизайны асуудлыг бууруулах боломжтой. Trf6151-ийг ашиглан vctcxo функцийг гүйцэтгэхийн тулд зөвхөн хямд өртөгтэй болор ба varactor шаардлагатай болно.

Эдгээр интеграцчлал, дизайны хялбарчлалыг үл харгалзан RF -ийн дизайны инженерүүд хэцүү сонголттой тулгарсаар байгаа бөгөөд тэдгээрийн нэг нь оролтын мэдрэмж, Rx цахилгаан хэрэглээ юм. Дуу чимээ багатай өсгөгч (LNA) -ийг зохион бүтээхдээ том гүйдэл их байх тусам дуу чимээний ерөнхий шинж чанар бага байх болно. Дизайн инженер нь хүлээн авагчийн нийт эрчим хүчний төсөв, хүлээн авагчийн мэдрэмтгий байдлын шаардлагыг тодорхойлох ёстой. Гэсэн хэдий ч хүч чадал буурах тусам дуу чимээ буурдаггүй. Үнэндээ энэ нь эсрэгээрээ юм. Тиймээс, энэ нь GSM стандартын шаардлагыг хангаж чадах боловч дизайнерууд тодорхой мэдрэмжийн түвшинд хүрэхийн тулд цахилгаан зарцуулалтын үнийг төлөх нь зүйтэй болов уу гэж өөрсдөөсөө байнга асуудаг. Энэ асуулт нь дизайны инженерүүд болон IC үйлдвэрлэгчид дизайны бүх процесст нягт хамтран ажиллах шаардлагатай байгааг тайлбарлаж байна. Загвар зохион бүтээгчдийн санал хүсэлт нь IC үйлдвэрлэгчдийг ирээдүйн RF бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхдээ утасгүй үйлдвэрлэлд илүү сайн үйлчлэхэд чиглүүлж чадна.

SOC рүү чиглэн хөгжиж байна

Утасгүй системийн өртөг, хүч чадал, нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулах нь системийг нэгтгэх шаардлагыг амжилттай хангахад маш чухал юм. Гэсэн хэдий ч гар утсанд зориулсан өндөр интеграцийн шийдлүүдийг боловсруулахад хагас дамжуулагчийн салбар техникийн нарийн төвөгтэй саад бэрхшээлийг даван туулах шаардлагатай болдог. Эдгээр саад бэрхшээлүүдийн заримыг дизайнерууд төдийлөн санаа зовдоггүй, учир нь тэдний ихэнх нь шаардлагатай гүйцэтгэлийг хангаж чадвал SOC төхөөрөмж хэрхэн бүтээгдсэнийг мэдэхийг хүсдэггүй. Тиймээс гар утасны интеграцид ашигладаг төхөөрөмжүүдийн чадавхи, хүртээмжид нөлөөлөх зарим технологийн технологийн талаар хурдан ойлголттой болох шаардлагатай байна.

Гар утасны RF электрон системийг нэгтгэх хэд хэдэн боломжтой схемүүд байдаг. Нэгдүгээрт, уламжлалт RF архитектурыг уламжлалт технологийг ашиглан харьцангуй энгийн хоёр туйлт эсвэл BiCMOS процессоор хэрэгжүүлж болно. Эцсийн RF чипийг олон чип сав баглаа боодлын технологи (системийн түвшний сав баглаа боодлын технологи) ашиглан гар утасны дижитал логик функцээр угсарч болно. Хэдийгээр энэ технологи нь танил RF -ийн дизайны арга, боловсорсон процесс, технологийг ашиглах гэх мэт олон давуу талтай боловч туршилтын төхөөрөмжийн өндөр өртөг, гарцаас шалтгаалан худалдаанд гаргахад хэцүү байдаг.

Нэмж дурдахад гар утасны цахим системийг нэгтгэх ажлыг дэвшилтэт BiCMOS (SiGe) нимгэн талст процессоор авах боломжтой. Гэсэн хэдий ч SiGe HBT төхөөрөмжийг боловсруулахад нэмэлт литографийн процесс шаардагддаг тул эцсийн чип нь нэмэлт зардал шаарддаг. Үүний зэрэгцээ SiGe BiCMOS технологи нь хамгийн дэвшилтэт литографийн процессыг ашиглах боломжгүй тул BiCMOS процесс нь ихэвчлэн дэвшилтэт дижитал CMOS процессоос хоцордог. Эдгээр нь гар утасны шинж чанарыг нэмэгдүүлж, зардлыг бууруулахад асар их дарамт авчрах болно. Энэ технологи нь системийн логик эсвэл дижитал хэсгийг үргэлж хамгийн боломжит үнээр хадгалах боломжгүй тул үүнийг энгийн өрлөгийн стратеги ашиглан шийдэх боломжгүй юм. Тиймээс BiCMOS (эсвэл SiGe) дахь үндсэн зурвасын системийн RF хэсгийг цул байдлаар нэгтгэх нь тийм ч сайн сонголт биш юм.

Эцсийн шийдэл бол CMOS дахь RF -ийн интеграцчлал бөгөөд энэ нь нэлээд бэрхшээлтэй тулгардаг. Хэдийгээр CMOS үүрэн холбооны хэд хэдэн загвар байдаг боловч эдгээр загварууд нь ихэвчлэн аналог функц дээр суурилдаг. CMOS технологитой аналог холигч, шүүлтүүр, өсгөгчийг хэрэгжүүлэхэд хэцүү байдаг бөгөөд эрчим хүчний хэрэглээ нь SiGe BiCMOS схемээс ерөнхийдөө их байдаг. Технологийн технологийг хөгжүүлснээр CMOS -ийн үнэлгээний түвшин улам бүр буурч байгаа нь аналог дизайныг улам хүндрүүлж байна. Шинэ процессыг боловсруулах эхний үе шатанд төхөөрөмжийн загварчлал, процессын төлөвшил нь ерөнхийдөө аналог модулийн загварт шаардлагатай өндөр нарийвчлалтай параметрийн загварчлалын шаардлагыг хангаж чадахгүй байна. Гэсэн хэдий ч саяхан боловсруулсан дижитал CMOS RF архитектур нь цул CMOS интеграцийг илүү сэтгэл татам болгодог.

Эдгээр шийдлүүд нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийг жолооддог тул үйлдвэрлэгчид хямд өртөгтэй RF системийн түвшний чип шийдлийг хайж байдаг. Хэдийгээр нэгтгэх схем бүр хүндрэлтэй байдаг ч RF бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэгтгэх нь ийм өндөр түвшинд хүрч чаддаг нь үнэхээр гайхалтай юм. Эдгээр бэрхшээлийг даван туулах нь утасгүй гар утасны дизайнд томоохон алхам хийж, ойрын ирээдүйд илүү их интеграцчлах чиглэлийг тодорхойлох болно.

Энэхүү нийтлэлийн дүгнэлт

RF -ийг нэгтгэхэд олон бэрхшээл байсаар байна. Орчин үеийн гар утасны RF төхөөрөмж бүр гүйцэтгэлийн хатуу шаардлага тавьдаг. Мэдрэмжийн шаардлага ойролцоогоор 106 дБм (106 МВт -аас доош 1 дб) ба түүнээс дээш байх ба харгалзах түвшин нь хэдхэн микровольт; Нэмж дурдахад, сонгомол чанар, өөрөөр хэлбэл ашигтай сувгийг зэргэлдээ давтамжийн зурвасаас татгалзах чадвар (ихэвчлэн блоклох гэж нэрлэдэг) нь 60 дБ дарааллаар байх ёстой; Нэмж дурдахад, системийн осциллятор нь эвхэгддэг блоклох энергийг хүлээн авах зурвас руу орохоос урьдчилан сэргийлэхийн тулд маш бага фазын дуу чимээний дор ажиллах шаардлагатай байдаг. Өндөр давтамжтай, гүйцэтгэлд маш өндөр шаардлага тавьдаг тул RF -ийг нэгтгэх нь маш хэцүү байдаг.

Олон давтамжийн стандартыг боловсруулах нь бүх SOC давтамжид бодит сорилт авчирдаг. Энэ нь зурвасын дохио дамжуулах явцад үүсэх өдөөлтийг бууруулна гэж найдаж байна. Дижитал RF -ийн интеграцийн агуулга нь олон тооны RF бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэг чипт оруулахаас хамаагүй илүү юм. Тоног төхөөрөмж хуваалцах шинэ архитектур шаардлагатай байна.

Систем зохион бүтээгчдийн хувьд одоогийн энгийн, өндөр уялдаатай, зардал багатай хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүд нь дизайны нарийн төвөгтэй байдлыг ихээхэн бууруулдаг. Үүний зэрэгцээ тэд утасгүй төхөөрөмжүүдийн шинж чанарыг баяжуулж, системийн хэмжээ, батерейны ашиглалт, зардлыг өөрчлөхгүй байх боломжтой. Шинэ өндөр нэгдсэн RF төхөөрөмжүүд нь утасгүй дизайны зарим маргааныг арилгаж, инженерүүдийн үнэ цэнэтэй цагийг хэмнэх боломжтой юм.