Bawasan ang bilang ng mga bahagi at bawasan ang lugar ng circuit board sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng wireless RF

Sa mga wireless device ngayon, higit sa kalahati ng mga bahagi sa circuit board ay mga analog RF device. Samakatuwid, isang mabisang paraan upang mabawasan ang lugar ng circuit board at pagkonsumo ng kuryente ay upang maisakatuparan ang mas malawak na pagsasama-sama ng RF at bumuo patungo sa antas ng chip. Ipinakikilala ng papel na ito ang katayuan sa pag-unlad ng pagsasama ng RF, at inilalagay ang ilang mga countermeasure at solusyon sa ilan sa mga problemang ito.

Ilang taon na ang nakakalipas, ang merkado ng cellular phone ay pinangungunahan ng solong banda at dalawahang banda ng mga single-mode na telepono, at ang ginamit na teknolohiya lamang ??? Hawak ang isa o dalawang mga cellular band sa lahat ??? Ang parehong pamamaraan ng modulasyon, scheme ng pag-access ng multi-channel at protocol ay pinagtibay sa hawak na dalas ng banda. Sa kaibahan, ang disenyo ng bagong henerasyon ngayon ng mga cellular phone ay mas kumplikado at maaaring magbigay ng multi band at multi-mode ??? Mayroon itong network ng personal na lugar ng Bluetooth, pagpoposisyon ng GPS at iba pang mga pagpapaandar, at ang UWB at TV na tumatanggap ng mga pagpapaandar ay nagsimulang lumitaw. Bilang karagdagan, ang mga application tulad ng mga laro, imahe, audio at video ay naging pangkaraniwan sa mga mobile phone.

Ang wireless na telepono ay nagiging isang kumplikadong aparato na tinatawag na handhand personal na entertainment center. Ang kalakaran sa pag-unlad nito ay patuloy na nagdadala ng maraming mga hamon sa mga taga-disenyo. Bagaman inihambing sa mga mobile phone na may pagpapaandar lamang ng boses, ang bagong henerasyon ng mga mobile phone ay tumaas nang malaki sa pagproseso ng komunikasyon, pagpoproseso ng aplikasyon, ang bilang ng mga interface ng RF at pinagsamang kapasidad ng memorya, inaasahan pa rin ng mga gumagamit ang mga mobile phone na magkaroon ng mas maliit na dami, naka-streamline na hugis, mababa presyo at malalaking pagpapakita ng kulay, Maaari itong magbigay ng oras ng pag-standby at pag-uusap na katulad ng tradisyonal na mga teleponong boses. Pagpapanatili ng umiiral na pangkalahatang sukat at pagkonsumo ng kuryente, ngunit pinapalaki nang mabilis ang pagpapaandar, habang pinapanatili ang pangkalahatang gastos ng system na hindi nabago, lahat ng ito ay nagdudulot ng maraming mga problema sa mga taga-disenyo ng system.

Malinaw na, ang problema ay nagsasangkot ng lahat ng mga bahagi ng buong disenyo ng system, pati na rin ang mga tagapagtustos ng lahat ng nilalaman ng wireless na komunikasyon at entertainment. Ang isang lugar na partikular na epektibo sa pagbawas ng lugar ng board at pagkonsumo ng kuryente ay ang bahagi ng RF ng disenyo ng wireless system. Ito ay dahil sa tipikal na mobile phone ngayon, higit sa kalahati ng mga bahagi sa board ay mga analog RF na bahagi, na magkakasamang account para sa 30-40% ng buong lugar ng board, tulad ng mga Bluetooth RF system tulad ng GPS at WLAN ay malaki rin dagdagan ang mga kinakailangan para sa kalawakan.

Ang solusyon ay upang maisakatuparan ang higit pang malakihang pagsasama ng RF at sa wakas ay bubuo sa isang ganap na isinama na antas ng maliit na tilad. Ang ilang mga taga-disenyo ay naglalagay ng mga analog-to-digital converter sa antena upang mabawasan ang kabuuang puwang ng circuit board na kinakailangan para sa mga pagpapaandar ng RF. Kapag ang teknolohiya ng pagsasama ng semiconductor ay maaaring isama ang maraming mga pag-andar sa isang solong aparato, ang bilang ng mga discrete na aparato at ang puwang ng circuit board na ginamit upang mapaunlakan ang mga aparatong ito ay mabawasan nang naaayon. Habang gumagalaw ang industriya patungo sa pagsasama ng antas ng antas ng chip, magpapatuloy ang mga tagadisenyo upang makahanap ng mga bagong teknolohiya upang matugunan ang kontradiksyon sa pagitan ng mas mataas na pagiging kumplikado ng RF at mas matagal na buhay ng baterya sa maliliit na mga aparatong wireless.

Katayuan sa pag-unlad ng pagsasama ng RF

Ang isang mahalagang pag-unlad ng pagsasama ng RF ay lumitaw halos dalawang taon na ang nakalilipas. Sa oras na iyon, ang pagpapaunlad ng teknolohiya ng RF at digital baseband modem ay ginagawang posible upang palitan ang mga superheterodyne aparato ng RF na may direktang pababa ng mga tatanggap ng conversion sa mga wireless mobile phone. Ang mga aparato ng Superheterodyne RF ay gumagamit ng mga mixer ng multistage, filter at maraming boltahe na kinokontrol ng oscillator (VCOs), na mahusay na ginamit nang maraming taon, ngunit ang pagsasama ng direktang dalas ng conversion RF aparato ay maaaring mabawasan nang malaki ang kabuuang bilang ng mga bahagi ng GSM RF. Sa huling bahagi ng 1990s, isang tipikal na solong band superheterodyne RF subsystem na kasama ang PA, antena switch, LDO, maliit na signal RF at vctcxo, na nangangailangan ng halos 200 mga discrete device; Ngayon, maaari naming idisenyo ang isang direktang system ng conversion ng dalas na may apat na pag-andar ng banda, na nagsasama ng VCO, VCXO at PLL loop filter, ngunit ang bilang ng mga bahagi nito ay mas mababa sa 50. Larawan 1: apat na bandang GSM transceiver na may mataas na pagsasama.

Halimbawa, ang transceiver trf6151 (Larawan 1) ng Texas Instruments para sa GSM ay may kasamang on-chip voltage regulator, VCO at VCO channel, PA power control, PLL loop filter edge blocker detection, LNA makakuha ng sunud-sunod na control at VCXO.

Para sa mga tagadisenyo, ang advanced na pagsasama ay tumutulong upang mapagtagumpayan ang ilang mga pangunahing problema sa wireless RF, bukod sa kung saan ang pinaka pangunahing ay ang DC power supply at regulasyon ng transceiver. Sa panahon ng isang tawag, ang boltahe ng baterya ay magbabago sa pagbabago ng temperatura at oras. Bilang karagdagan, ang pagkabit ng ingay mula sa TX VCO at Rx VCO power supply ay makakaapekto rin sa pagganap ng buong system. Samakatuwid, ang mga taga-disenyo ay nahaharap sa problema kung paano malutas ang RF circuit board regulator at pinaka-kaugnay na mga passive na bahagi. Ang pagsasama ng mga aparatong ito sa RF transceiver ay nangangahulugang ang tanging panlabas na sangkap na kinakailangan ay isang simpleng decoupling capacitor, na direktang konektado sa power supply, na hindi lamang pinapasimple ang disenyo, ngunit din nakakatipid ng puwang ng circuit board.

Ang isa pang hamon para sa mga taga-disenyo ng RF ay ang hanay ng pag-tune ng VCO at oras ng pagla-lock. Sa lahat ng mga disenyo ng analog VCO. Sapagkat madalas na kinakailangan upang balansehin ang oras ng pagla-lock at saklaw ng pag-tune, ang filter ng loop ay karaniwang inilalagay sa labas ng maliit na tilad. Minsan, malulutas ito sa kontrol ng software ng saklaw ng pag-tune ng VCO. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay naglalagay ng karagdagang mga kinakailangan sa mapagkukunan para sa pangkalahatang pag-unlad ng telepono. Kapag ang pagpapaandar ng digital na pag-tune ay kasama sa VCO at maaaring magbigay ng sariling pagkakalibrate, maaaring makuha ang isang pinalawig na saklaw ng pag-tune, at ang elemento ng filter ng loop ay maaaring mailagay sa maliit na tilad. Malinaw na, ang scheme na ito ay maaaring paganahin ang mga inhinyero ng disenyo upang gawing simple ang kanilang trabaho.

Upang makuha ang kontrol ng kuryente ng transmitter na kinakailangan ng system ng GSM, pangkalahatang isinasama ng mga tagagawa ng PA ang pagpapaandar na ito sa module ng power amplifier (PAM). Ang power controller ay karaniwang binubuo ng hanggang sa libu-libo ng mga digital CMOS gate, na kung saan ay ginawa sa isang independiyenteng maliit na tilad sa PAM. Ang elementong ito ay tataas ang gastos ng PAM ng US $ 0.30 ~ 0.40. Ang pagsasama sa pagpapaandar na ito sa mga aparatong RF ay magbibigay-daan sa mga tagagawa ng GaAs PAM na hindi bumili ng mga digital CMOS circuit at mai-install ang mga ito sa PAM. Para sa isang OEM na gumagawa ng libu-libong mga produkto buwan buwan, ang pag-alis ng kalabisan na sangkap na ito ay lubos na mabawasan ang kanilang gastos.

Ang isa pang lugar kung saan ang advanced na pagsasama ay maaaring magdala ng malaking pagtitipid ay ang VCXO. Noong nakaraan, ang mga mamahaling module ng vctcxo ay binili at dinisenyo sa mga aparatong RF bilang mga discrete na sangkap. Samakatuwid, ang pagsasama ng mga karaniwang bahagi ng mga module ng vctcxo sa mga aparato ng RF ay maaaring mabawasan ang mga gastos at kaugnay na mga problema sa disenyo. Paggamit ng trf6151, isang murang kristal at varactor lamang ang kinakailangan upang makumpleto ang pagpapaandar ng vctcxo.

Sa kabila ng pagsasama at pagpapasimple na disenyo na ito, ang mga inhinyero ng disenyo ng RF ay nahaharap pa rin sa mga mahirap na pagpipilian, isa na rito ay ang pagiging sensitibo sa pag-input at pagkonsumo ng kuryente sa Rx. Alam na alam na mas malaki ang kasalukuyang ginagamit sa disenyo ng mababang ingay amplifier (LNA), mas mababa ang pangkalahatang mga katangian ng ingay. Dapat matukoy ng inhenyero ng disenyo ang kabuuang badyet ng kuryente ng tatanggap at ang mga kinakailangan sa antas ng pagiging sensitibo ng tatanggap. Gayunpaman, ang ingay ay hindi bumababa sa pagbawas ng lakas. Sa katunayan, kabaligtaran ito. Samakatuwid, kahit na natutugunan nito ang pamantayang pagtutukoy ng GSM, dapat na tanungin ng mga tagadisenyo ang kanilang sarili kung sulit bang bayaran ang presyo sa pagkonsumo ng kuryente upang makamit ang isang tiyak na antas ng pagiging sensitibo. Ipinapaliwanag din ng katanungang ito kung bakit kinakailangan para sa mga inhinyero ng disenyo at mga tagagawa ng IC na makipagtulungan sa buong proseso ng disenyo. Ang feedback mula sa mga inhinyero ng disenyo ay maaaring gabayan ang mga tagagawa ng IC upang mas mahusay na maghatid sa industriya ng wireless kapag bumubuo ng mga produktong RF sa hinaharap.

Pagbubuo patungo sa SOC

Ang pagbawas sa gastos, lakas at pagiging kumplikado ng mga wireless system ay napakahalaga upang matagumpay na matugunan ang mga kinakailangan ng pagsasama ng system. Gayunpaman, ang pagbuo ng mataas na mga solusyon sa pagsasama para sa mga mobile phone ay nangangailangan ng industriya ng semiconductor upang mapagtagumpayan ang mga kumplikadong teknikal na hadlang. Ang ilan sa mga hadlang na ito ay bihirang mag-alala ng mga taga-disenyo, sapagkat marami sa kanila ang hindi nais malaman kung paano ginawa ang mga aparato ng SOC, Hangga’t maaari nitong ibigay ang kinakailangang pagganap. Samakatuwid, kinakailangang magkaroon ng mabilis na pag-unawa sa ilang mga teknolohiya ng proseso, na makakaapekto sa kakayahan at pagkakaroon ng mga aparato na ginamit sa pagsasama ng cellular phone.

Mayroong maraming mga magagawa na mga scheme para sa pagsasama ng electronic phone RF electronic system. Una, ang isang tradisyunal na arkitektura ng RF ay maaaring ipatupad sa isang medyo simpleng proseso ng bipolar o BiCMOS gamit ang tradisyunal na teknolohiya. Ang pangwakas na RF chip ay maaaring tipunin kasama ang mga mobile phone digital na lohika function gamit ang multi chip packaging technology (system level packaging technology). Bagaman ang teknolohiyang ito ay maraming pakinabang, tulad ng paggamit ng pamilyar na mga pamamaraan ng disenyo ng RF at mga may sapat na proseso at teknolohiya, mahirap na gawing komersyalado dahil sa mataas na gastos at ani ng mga pagsubok na aparato.

Bilang karagdagan, ang pagsasama ng elektronikong sistema ng mobile phone ay maaari ding makuha ng advanced na proseso ng wafer ng BiCMOS (SiGe). Gayunpaman, dahil ang pagproseso ng mga aparato ng SiGe HBT ay nangangailangan ng karagdagang proseso ng litograpya, ang panghuling chip ay mangangailangan ng karagdagang gastos. Sa parehong oras, dahil ang teknolohiya ng SiGe BiCMOS ay hindi maaaring gumamit ng pinaka-advanced na proseso ng lithography, ang proseso ng BiCMOS ay karaniwang nasa likod ng advanced na proseso ng digital CMOS. Magdudulot ito ng malaking presyon upang madagdagan ang mga katangian ng mga mobile phone at mabawasan ang mga gastos. Hindi ito malulutas ng isang simpleng diskarte sa proseso ng manipis na tinapay, dahil ang teknolohiyang ito ay hindi maaaring mapanatili ang lohika ng system o digital na bahagi sa pinakamababang posibleng presyo sa lahat ng oras. Samakatuwid, ang monolitikong pagsasama ng system baseband function na RF bahagi sa BiCMOS (o SiGe) ay hindi isang mahusay na pagpipilian.

Ang pangwakas na solusyon na maaaring isaalang-alang ay ang pagsasama ng RF sa CMOS, na nahaharap din sa maraming mga hamon. Bagaman maraming mga disenyo ng CMOS cellular RF, ang mga disenyo na ito ay higit sa lahat batay sa mga pagpapaandar ng analog. Mahirap ipatupad ang mga mixer ng analog, filter at amplifier sa teknolohiya ng CMOS, at ang pagkonsumo ng kuryente sa pangkalahatan ay mas malaki kaysa sa scheme ng SiGe BiCMOS. Sa pag-unlad ng teknolohiya ng proseso, ang antas ng na-rate na CMOS ay bumababa at mas mababa, na ginagawang mas mahirap ang disenyo ng analog. Sa maagang yugto ng pagbuo ng mga bagong proseso, ang pagmomodelo ng aparato at proseso ng kapanahunan sa pangkalahatan ay hindi maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng pagmomodelo ng parameter na may mataas na katumpakan na kinakailangan para sa disenyo ng analog module. Gayunpaman, ang kasalukuyang binuo digital CMOS RF na arkitektura ay ginagawang mas kaakit-akit ang pagsasama ng monolithic CMOS.

Ang mga solusyon na ito ay nagtutulak din ng industriya ng semiconductor habang ang mga tagagawa ay naghahanap ng mga murang solusyon sa antas ng sistema ng chip ng RF. Bagaman ang bawat scheme ng pagsasama ay may mga paghihirap, nakakagulat na ang pagsasama ng sangkap ng RF ay maaaring maabot ang isang mataas na antas. Ang pagtalo sa mga paghihirap na ito ay kukuha ng isang malaking hakbang pasulong sa disenyo ng mga wireless mobile phone at itatakda ang direksyon para sa mas malawak na pagsasama sa malapit na hinaharap.

Konklusyon ng papel na ito

Marami pa ring mga paghihirap sa pagsasama ng RF. Ang bawat RF aparato ng modernong mobile phone ay nahaharap sa mahigpit na mga kinakailangan sa pagganap. Ang kinakailangan sa pagiging sensitibo ay tungkol sa – 106dbm (106db sa ibaba 1 MW) o mas mataas, at ang katumbas na antas ay ilan lamang sa mga microvolts; Bilang karagdagan, ang selectivity, iyon ay, ang kakayahang pagtanggi ng kapaki-pakinabang na channel sa katabing dalas ng banda (karaniwang tinutukoy bilang pag-block), ay dapat na nasa pagkakasunud-sunod ng 60dB; Bilang karagdagan, ang oscillator ng system ay kinakailangan upang gumana sa ilalim ng napakababang yugto ng ingay upang maiwasan ang natitiklop na natitiklop na enerhiya mula sa pagpasok sa tumatanggap na banda. Ang pagsasama ng RF ay napakahirap dahil sa napakataas na dalas at labis na hinihingi na mga kinakailangan sa pagganap.

Ang pagpoproseso ng pamantayan ng dalas ng dalas ay nagdudulot ng isang tunay na hamon sa buong dalas ng SOC. Inaasahan na mabawasan ang paggulo na nabuo ng sa paghahatid ng signal ng banda. Ang nilalaman ng pagsasama-sama ng digital RF ay higit pa sa paglalagay ng maraming mga sangkap ng RF sa isang maliit na tilad. Kailangan ng isang bagong arkitektura ng pagbabahagi ng hardware.

Para sa mga tagadisenyo ng system, ang kasalukuyang simple, lubos na isinama at mahusay na gastos na mga aparato na semiconductor ay maaaring mabawasan nang malaki ang pagiging kumplikado ng disenyo. Sa parehong oras, maaari nilang pagyamanin ang mga katangian ng mga wireless device at panatilihin ang laki ng system, buhay ng baterya at gastos na hindi nabago. Ang bagong highly integrated RF aparato ay maaari ring alisin ang ilang mga hindi pagkakasundo sa wireless na disenyo at i-save ang mahalagang oras ng mga inhinyero.