Punguza idadi ya vifaa na punguza eneo la mzunguko wa bodi kupitia ujumuishaji wa RF isiyo na waya

Katika vifaa vya kisasa vya waya, zaidi ya nusu ya vifaa kwenye bodi ya mzunguko ni vifaa vya Analog RF. Kwa hivyo, njia bora ya kupunguza eneo la bodi ya mzunguko na matumizi ya nguvu ni kutekeleza ujumuishaji mkubwa wa RF na kuendeleza kuelekea kiwango cha mfumo. Karatasi hii inaleta hali ya maendeleo ya ujumuishaji wa RF, na inaweka mbele hatua zingine na suluhisho kwa baadhi ya shida hizi.

Miaka michache iliyopita, soko la simu za rununu lilitawaliwa na bendi moja na bendi mbili za aina moja, na teknolojia iliyotumiwa ilikuwa tu ??? Shikilia bendi moja au mbili za rununu kwa jumla ??? Njia sawa ya moduli, mpango wa ufikiaji wa njia nyingi na itifaki hupitishwa kwenye bendi ya masafa ya kushikilia. Kwa upande mwingine, muundo wa kizazi kipya cha leo cha rununu ni ngumu zaidi na inaweza kutoa bendi nyingi na anuwai ya hali ??? Inayo mtandao wa eneo la kibinafsi la Bluetooth, nafasi ya GPS na kazi zingine, na kazi za kupokea UWB na Runinga zimeanza kuonekana. Kwa kuongezea, matumizi kama michezo, picha, sauti na video yamekuwa ya kawaida katika simu za rununu.

Simu isiyo na waya inakuwa kifaa ngumu kinachoitwa kituo cha burudani cha kibinafsi. Mwelekeo wake wa maendeleo unaendelea kuleta changamoto zaidi kwa wabunifu. Ingawa ikilinganishwa na simu za rununu zenye kazi ya sauti tu, kizazi kipya cha simu za rununu kimeongezeka sana katika usindikaji wa mawasiliano, usindikaji wa matumizi, idadi ya njia za kuingiliana za RF na uwezo wa kumbukumbu iliyojumuishwa, watumiaji bado wanatarajia simu za rununu ziwe na ujazo mdogo, umbo laini, chini bei na onyesho kubwa la rangi, inaweza kutoa wakati wa kusubiri na kuongea sawa na simu za jadi za sauti. Kudumisha saizi ya jumla na matumizi ya nguvu, lakini kufanya kazi kuongezeka kwa kasi, wakati kudumisha mfumo wa jumla gharama bila kubadilika, haya yote husababisha shida nyingi kwa wabuni wa mfumo.

Kwa wazi, shida inajumuisha sehemu zote za muundo wa mfumo mzima, na pia wauzaji wa mawasiliano yote yasiyotumia waya na yaliyomo kwenye burudani. Eneo moja ambalo linafaa sana katika kupunguza eneo la bodi na matumizi ya nguvu ni sehemu ya RF ya muundo wa mfumo wa wireless. Hii ni kwa sababu katika simu ya kawaida ya leo, zaidi ya nusu ya vifaa kwenye bodi ni vifaa vya Analog RF, ambavyo kwa pamoja vinahesabu 30-40% ya eneo lote la bodi, kama mifumo ya Bluetooth RF kama GPS na WLAN pia ongeza mahitaji ya nafasi.

Suluhisho ni kutekeleza ujumuishaji mkubwa wa RF na mwishowe kukuza kuwa chip kamili ya kiwango cha mfumo. Waumbaji wengine huweka waongofu wa analog-to-digital ndani ya antenna ili kupunguza nafasi ya bodi ya mzunguko inayohitajika kwa kazi za RF. Wakati teknolojia ya ujumuishaji wa semiconductor inaweza kuingiza kazi zaidi katika kifaa kimoja, idadi ya vifaa vya discrete na nafasi ya bodi ya mzunguko inayotumika kubeba vifaa hivi itapunguzwa ipasavyo. Sekta inapoelekea kwenye ujumuishaji wa kiwango cha mfumo wa chip, wabunifu wataendelea kupata teknolojia mpya ili kukidhi utata kati ya ugumu wa juu wa RF na maisha marefu ya betri katika vifaa vidogo visivyo na waya.

Hali ya maendeleo ya ujumuishaji wa RF

Maendeleo muhimu ya ujumuishaji wa RF yalionekana karibu miaka miwili iliyopita. Wakati huo, maendeleo ya teknolojia ya RF na modem ya baseband ya dijiti ilifanya uwezekano wa kuchukua nafasi ya vifaa vya superheterodyne RF na wapokeaji wa moja kwa moja wa uongofu katika simu za rununu. Vifaa vya Superheterodyne RF hutumia vichanganyaji vingi, vichungi na oscillators nyingi zinazodhibitiwa na voltage (VCOs), ambazo zimetumika vizuri kwa miaka mingi, lakini ujumuishaji wa vifaa vya kugeuza masafa ya moja kwa moja vifaa vya RF vinaweza kupunguza idadi kamili ya vifaa vya GSM RF. Mwishoni mwa miaka ya 1990, mfumo wa kawaida wa bendi moja ya superheterodyne RF ulijumuisha PA, swichi ya antena, LDO, ishara ndogo ya RF na vctcxo, inayohitaji vifaa takriban 200; Leo, tunaweza kubuni mfumo wa ubadilishaji wa masafa ya moja kwa moja na kazi nne za bendi, ambayo inaunganisha VCO, VCXO na kichungi cha kitanzi cha PLL, lakini idadi yake ya vifaa ni chini ya 50. Kielelezo 1: nne transceiver ya bendi ya GSM na ujumuishaji wa hali ya juu.

Kwa mfano, transfiver trf6151 (Kielelezo 1) cha Hati za Texas za GSM ni pamoja na mdhibiti wa voltage ya-chip, kituo cha VCO na VCO, udhibiti wa nguvu za PA, kugundua kizuizi cha chujio cha chujio cha PLL, LNA kupata udhibiti wa hatua kwa hatua na VCXO.

Kwa wabunifu, ujumuishaji wa hali ya juu husaidia kushinda shida zingine kubwa katika RF isiyo na waya, kati ya ambayo msingi ni usambazaji wa umeme wa DC na udhibiti wa transceiver. Wakati wa simu, voltage ya betri itabadilika na mabadiliko ya joto na wakati. Kwa kuongezea, uunganishaji wa kelele kutoka kwa TX VCO na Rx VCO usambazaji wa umeme pia utaathiri utendaji wa mfumo mzima. Kwa hivyo, wabunifu wanakabiliwa na shida ya jinsi ya kutatua mdhibiti wa bodi ya mzunguko wa RF na vifaa vingi vya kuhusika. Kuunganisha vifaa hivi kwenye transceiver ya RF inamaanisha kuwa sehemu pekee ya nje inayohitajika ni capacitor rahisi ya kusambaratisha, ambayo imeunganishwa moja kwa moja na usambazaji wa umeme, ambayo sio tu inarahisisha muundo, lakini pia inaokoa nafasi ya bodi ya mzunguko.

Changamoto nyingine kwa wabuni wa RF ni anuwai ya kuweka VCO na wakati wa kufunga. Katika miundo yote ya Analog VCO. Kwa sababu mara nyingi inahitajika kusawazisha wakati wa kufunga na safu ya kufuli, kichujio cha kitanzi kawaida huwekwa nje ya chip. Wakati mwingine, hii inaweza kutatuliwa katika udhibiti wa programu ya anuwai ya upangaji wa VCO. Walakini, njia hii inaweka mahitaji ya ziada ya rasilimali kwa ukuzaji wa jumla wa simu. Wakati kazi ya utaftaji wa dijiti imejumuishwa kwenye VCO na inaweza kutoa upimaji wa kibinafsi, anuwai ya kupanua inaweza kupatikana, na kipengee cha kichungi cha kitanzi kinaweza kuwekwa kwenye chip. Kwa wazi, mpango huu unaweza kuwezesha wahandisi wa kubuni kurahisisha kazi zao.

Ili kupata udhibiti wa nguvu ya transmita inayohitajika na mfumo wa GSM, watengenezaji wa PA kwa ujumla hujumuisha kazi hii katika moduli ya nguvu ya nguvu (PAM). Kidhibiti cha nguvu kawaida hujumuishwa hadi maelfu ya milango ya dijiti ya CMOS, ambayo hufanywa kwa chip huru katika PAM. Kipengee hiki kitaongeza gharama ya PAM na US $ 0.30 ~ 0.40. Kuunganisha kazi hii katika vifaa vya RF kutawezesha watengenezaji wa GaAs PAM kutonunua nyaya za dijiti za CMOS na kuziweka kwenye PAM. Kwa OEM inayozalisha maelfu ya bidhaa kila mwezi, kuondoa sehemu hii isiyofaa itapunguza sana gharama zao.

Eneo lingine ambalo ujumuishaji wa hali ya juu unaweza kuleta akiba kubwa ni VCXO. Hapo zamani, moduli za gharama kubwa za vctcxo zilinunuliwa na kutengenezwa kwa vifaa vya RF kama vifaa tofauti. Kwa hivyo, kujumuisha vifaa vya kawaida vya moduli za vctcxo kwenye vifaa vya RF kunaweza kupunguza gharama na shida zinazohusiana za muundo. Kutumia trf6151, tu kioo cha bei ya chini na varactor inahitajika kumaliza kazi ya vctcxo.

Licha ya ujumuishaji huu na urahisishaji wa muundo, wahandisi wa muundo wa RF bado wanakabiliwa na chaguzi ngumu, moja ambayo ni unyeti wa pembejeo na matumizi ya nguvu ya Rx. Inajulikana kuwa kubwa zaidi ya sasa inayotumiwa katika muundo wa kipaza sauti cha chini (LNA), hupunguza sifa za kelele kwa jumla. Mhandisi wa muundo lazima aamue jumla ya bajeti ya nguvu ya mpokeaji na mahitaji ya kiwango cha unyeti wa mpokeaji. Walakini, kelele haipungui na kupunguzwa kwa nguvu. Kwa kweli, ni kinyume. Kwa hivyo, ingawa inaweza kufikia kiwango cha kawaida cha GSM, wabuni lazima mara nyingi wajiulize ikiwa inafaa kulipa bei katika matumizi ya nguvu kufikia kiwango fulani cha unyeti. Swali hili pia linaelezea kwanini inahitajika kwa wahandisi wa ubunifu na wazalishaji wa IC kushirikiana kwa karibu katika mchakato mzima wa muundo. Maoni kutoka kwa wahandisi wa muundo wanaweza kuongoza watengenezaji wa IC kutumikia vyema tasnia isiyo na waya wakati wa kutengeneza bidhaa za baadaye za RF.

Kuendeleza kuelekea SOC

Kupunguza gharama, nguvu na ugumu wa mifumo isiyo na waya ni muhimu sana kufanikisha mahitaji ya ujumuishaji wa mfumo. Walakini, ukuzaji wa suluhisho kubwa za ujumuishaji kwa simu za rununu inahitaji tasnia ya semiconductor kushinda vizuizi ngumu vya kiufundi. Baadhi ya vizuizi hivi huwajali sana wabunifu, kwa sababu wengi wao hawataki kujua jinsi vifaa vya SOC vimetengenezwa, mradi tu iweze kutoa utendaji unaohitajika. Kwa hivyo, ni muhimu kuwa na uelewa wa haraka wa teknolojia zingine za mchakato, ambazo zitaathiri uwezo na upatikanaji wa vifaa vinavyotumika katika ujumuishaji wa simu za rununu.

Kuna miradi kadhaa inayowezekana ya ujumuishaji wa mfumo wa elektroniki wa simu ya RF. Kwanza, usanifu wa jadi wa RF unaweza kutekelezwa kwa mchakato rahisi wa bipolar au BiCMOS kwa kutumia teknolojia ya jadi. Chip ya mwisho ya RF inaweza kukusanywa na kazi ya mantiki ya dijiti ya rununu kwa kutumia teknolojia anuwai ya ufungaji wa chip (teknolojia ya kiwango cha mfumo). Ingawa teknolojia hii ina faida nyingi, kama vile kutumia njia zinazojulikana za usanifu wa RF na michakato na teknolojia zilizokomaa, ni ngumu kufanya biashara kutokana na gharama kubwa na mavuno ya vifaa vya majaribio.

Kwa kuongezea, ujumuishaji wa mfumo wa elektroniki wa simu ya rununu pia unaweza kupatikana na mchakato wa juu wa BiCMOS (SiGe). Walakini, kwa sababu usindikaji wa vifaa vya SiGe HBT inahitaji mchakato wa ziada wa lithography, chip ya mwisho itahitaji gharama ya ziada. Wakati huo huo, kwa sababu teknolojia ya SiGe BiCMOS haiwezi kutumia mchakato wa hali ya juu zaidi, mchakato wa BiCMOS kawaida huwa nyuma ya mchakato wa hali ya juu wa CMOS. Hizi zitaleta shinikizo kubwa ili kuongeza sifa za simu za rununu na kupunguza gharama. Haiwezi kutatuliwa na mkakati rahisi wa mchakato wa wafer, kwa sababu teknolojia hii haiwezi kuweka mantiki ya mfumo au sehemu ya dijiti kwa bei ya chini kabisa wakati wote. Kwa hivyo, ujumuishaji wa monolithic wa mfumo wa kazi wa baseband RF sehemu katika BiCMOS (au SiGe) sio chaguo nzuri.

Suluhisho la mwisho linaloweza kuzingatiwa ni ujumuishaji wa RF katika CMOS, ambayo pia inakabiliwa na changamoto kubwa. Ingawa kuna miundo kadhaa ya CMOS za rununu za RF, miundo hii inategemea kazi za analog. Ni ngumu kutekeleza vichanganishi vya Analog, vichungi na viboreshaji na teknolojia ya CMOS, na matumizi ya nguvu kwa ujumla ni kubwa kuliko mpango wa SiGe BiCMOS. Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya mchakato, kiwango kilichopimwa cha CMOS kinazidi kushuka, ambayo inafanya muundo wa analog kuwa mgumu zaidi. Katika hatua ya mwanzo ya kutengeneza michakato mipya, uundaji wa vifaa na ukomavu wa mchakato kwa ujumla hauwezi kukidhi mahitaji ya uundaji wa hali ya juu sana unaohitajika kwa muundo wa moduli ya analog. Walakini, usanifu wa dijiti wa CMOS RF uliotengenezwa hivi karibuni hufanya ujumuishaji wa monolithic CMOS uvutie zaidi.

Suluhisho hizi pia huendesha tasnia ya semiconductor kwani wazalishaji hutafuta suluhisho za kiwango cha chini cha mfumo wa RF. Ingawa kila mpango wa ujumuishaji una shida, kwa kweli inashangaza kwamba ujumuishaji wa sehemu ya RF unaweza kufikia kiwango cha juu sana. Kukabiliana na shida hizi itachukua hatua kubwa mbele katika kubuni simu za rununu na kuweka mwelekeo wa ujumuishaji mkubwa katika siku za usoni.

Hitimisho la karatasi hii

Bado kuna shida nyingi katika ujumuishaji wa RF. Kila kifaa cha RF cha simu ya kisasa kinakabiliwa na mahitaji kali ya utendaji. Mahitaji ya unyeti ni karibu – 106dbm (106db chini ya 1 MW) au zaidi, na kiwango kinacholingana ni ndogo tu; Kwa kuongeza, kuchagua, ambayo ni, uwezo wa kukataa kituo muhimu kwa bendi ya masafa iliyo karibu (inayojulikana kama kuzuia), inapaswa kuwa kwa mpangilio wa 60dB; Kwa kuongezea, oscillator ya mfumo inahitajika kufanya kazi chini ya kelele ya chini sana ili kuzuia kukunja nishati inayozuia kuingia kwenye bendi inayopokea. Ushirikiano wa RF ni ngumu sana kwa sababu ya masafa ya juu sana na mahitaji ya utendaji yanayodai sana.

Kusindika kiwango cha masafa anuwai huleta changamoto halisi kwa masafa yote ya SOC. Inatarajiwa kupunguza msisimko unaotokana na usafirishaji wa ishara ya bendi. Yaliyomo kwenye ujumuishaji wa RF ya dijiti ni zaidi ya kuweka vifaa vingi vya RF kwenye chip moja. Usanifu mpya wa kushiriki vifaa unahitajika.

Kwa wabuni wa mfumo, vifaa vya semiconductor rahisi, vilivyojumuishwa na vya gharama nafuu vinaweza kupunguza sana ugumu wa muundo. Wakati huo huo, wanaweza kuimarisha sifa za vifaa vya wireless na kuweka ukubwa wa mfumo, maisha ya betri na gharama bila kubadilika. Vifaa vipya vilivyojumuishwa vya RF pia vinaweza kuondoa mizozo katika muundo wa waya na kuokoa wakati muhimu wa wahandisi.