اجزاء کی تعداد کم کریں اور کا رقبہ کم کریں۔ سرکٹ بورڈ وائرلیس آر ایف انضمام کے ذریعے

آج کے وائرلیس آلات میں ، سرکٹ بورڈ کے آدھے سے زیادہ اجزاء اینالاگ آر ایف ڈیوائسز ہیں۔ لہذا ، سرکٹ بورڈ کے علاقے اور بجلی کی کھپت کو کم کرنے کا ایک مؤثر طریقہ یہ ہے کہ زیادہ بڑے پیمانے پر RF انضمام کیا جائے اور نظام کی سطح کی چپ کی طرف ترقی کی جائے۔ یہ مقالہ RF انضمام کی ترقی کی حیثیت کو متعارف کراتا ہے ، اور ان میں سے کچھ مسائل کے جوابی اقدامات اور حل پیش کرتا ہے۔

کچھ سال پہلے ، سیلولر فون مارکیٹ میں سنگل بینڈ اور ڈوئل بینڈ سنگل موڈ فونز کا غلبہ تھا ، اور استعمال شدہ ٹیکنالوجی صرف تھی ؟؟؟ ایک یا دو سیلولر بینڈ کو پکڑو ؟؟؟ ہولڈنگ فریکوئنسی بینڈ میں وہی ماڈیولنگ طریقہ ، ملٹی چینل ایکسیس اسکیم اور پروٹوکول اپنایا گیا ہے۔ اس کے برعکس ، سیلولر فونز کی آج کی نئی نسل کا ڈیزائن بہت زیادہ پیچیدہ ہے اور ملٹی بینڈ اور ملٹی موڈ مہیا کرسکتا ہے۔ اس میں بلوٹوتھ پرسنل ایریا نیٹ ورک ، جی پی ایس پوزیشننگ اور دیگر افعال ہیں ، اور یو ڈبلیو بی اور ٹی وی وصول کرنے والے افعال ظاہر ہونے لگے ہیں۔ اس کے علاوہ موبائل فون میں گیمز ، تصاویر ، آڈیو اور ویڈیو جیسی ایپلی کیشنز بہت عام ہو گئی ہیں۔

وائرلیس ٹیلی فون ایک پیچیدہ ڈیوائس بن رہا ہے جسے ہینڈ ہیلڈ پرسنل انٹرٹینمنٹ سینٹر کہا جاتا ہے۔ اس کی ترقی کا رجحان ڈیزائنرز کے لیے مزید چیلنجز لاتا رہتا ہے۔ اگرچہ صرف صوتی فنکشن والے موبائل فونز کے مقابلے میں ، موبائل فونز کی نئی نسل نے مواصلات کی پروسیسنگ ، ایپلی کیشن پروسیسنگ ، آر ایف انٹرفیس کی تعداد اور انٹیگریٹڈ میموری کی صلاحیت میں نمایاں اضافہ کیا ہے ، صارفین اب بھی موبائل فونز کی چھوٹی حجم ، ہموار شکل ، کم ہونے کی توقع رکھتے ہیں۔ قیمت اور بڑے رنگ کا ڈسپلے ، یہ اسٹینڈ بائی اور ٹاک ٹائم روایتی وائس فونز کی طرح مہیا کرسکتا ہے۔ موجودہ مجموعی سائز اور بجلی کی کھپت کو برقرار رکھنا ، لیکن فنکشن کو تیزی سے بڑھانا ، جبکہ مجموعی نظام کی لاگت کو برقرار رکھنا ، یہ سب سسٹم ڈیزائنرز کے لیے بہت زیادہ مسائل پیدا کرتے ہیں۔

ظاہر ہے ، اس مسئلے میں پورے سسٹم کے ڈیزائن کے تمام حصے ، نیز تمام وائرلیس مواصلات اور تفریحی مواد کے سپلائر شامل ہیں۔ ایک علاقہ جو خاص طور پر بورڈ ایریا اور بجلی کی کھپت کو کم کرنے میں موثر ہے وہ ہے وائرلیس سسٹم ڈیزائن کا RF حصہ۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ آج کے عام موبائل فون میں ، بورڈ پر آدھے سے زیادہ اجزاء ینالاگ آر ایف اجزاء ہیں ، جو مل کر پورے بورڈ ایریا کا 30-40 فیصد حصہ لیتے ہیں ، جیسے بلوٹوتھ آر ایف سسٹم جیسے GPS اور WLAN بھی بہت زیادہ جگہ کی ضروریات میں اضافہ

حل یہ ہے کہ زیادہ بڑے پیمانے پر آر ایف انضمام کو انجام دیا جائے اور آخر کار ایک مکمل طور پر مربوط سسٹم لیول چپ میں تبدیل ہو جائے۔ کچھ ڈیزائنرز اینالاگ سے ڈیجیٹل کنورٹرز کو اینٹینا میں ڈالتے ہیں تاکہ RF افعال کے لیے درکار سرکٹ بورڈ کی کل جگہ کو کم کیا جا سکے۔ جب سیمی کنڈکٹر انضمام ٹیکنالوجی ایک ہی ڈیوائس میں مزید افعال کو ضم کر سکتی ہے تو ، ان ڈیوائسز کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے استعمال ہونے والے مجرد آلات کی تعداد اور سرکٹ بورڈ کی جگہ کم ہو جائے گی۔ چونکہ انڈسٹری سسٹم لیول چپ انضمام کی طرف بڑھ رہی ہے ، ڈیزائنرز نئی وائرلیس ڈیوائسز میں زیادہ آر ایف پیچیدگی اور طویل بیٹری کی زندگی کے درمیان تضاد کو پورا کرنے کے لیے نئی ٹیکنالوجیز تلاش کرتے رہیں گے۔

آر ایف انضمام کی ترقی کی حیثیت

RF انضمام کی ایک اہم ترقی تقریبا two دو سال پہلے ظاہر ہوئی۔ اس وقت ، آر ایف ٹیکنالوجی اور ڈیجیٹل بیس بینڈ موڈیم کی ترقی نے وائرلیس موبائل فونز میں براہ راست ڈاؤن کنورژن ریسیورز کے ساتھ سپر ہیروڈین آر ایف ڈیوائسز کو تبدیل کرنا ممکن بنا دیا۔ Superheterodyne RF ڈیوائسز ملٹی اسٹیج مکسرز ، فلٹرز اور ایک سے زیادہ وولٹیج کنٹرولڈ آسکیلیٹرز (VCOs) کا استعمال کرتے ہیں ، جو کئی سالوں سے اچھی طرح استعمال ہوتے رہے ہیں ، لیکن براہ راست فریکوئنسی کنورژن RF ڈیوائسز کا انضمام GSM RF اجزاء کی کل تعداد کو بہت کم کر سکتا ہے۔ 1990 کی دہائی کے آخر میں ، ایک عام سنگل بینڈ سپر ہیٹروڈائن آر ایف سب سسٹم میں پی اے ، اینٹینا سوئچ ، ایل ڈی او ، چھوٹے سگنل آر ایف اور وی سی ٹی سی ایکس او شامل تھے ، جن کے لیے تقریبا 200 50 الگ الگ آلات درکار ہوتے تھے۔ آج ، ہم چار بینڈ فنکشن کے ساتھ براہ راست فریکوئنسی کنورژن سسٹم ڈیزائن کر سکتے ہیں ، جو کہ VCO ، VCXO اور PLL لوپ فلٹر کو مربوط کرتا ہے ، لیکن اس کے اجزاء کی تعداد 1 سے کم ہے۔ شکل XNUMX: چار بینڈ GSM ٹرانسیور اعلی انضمام کے ساتھ۔

مثال کے طور پر ، جی ایس ایم کے لیے ٹیکساس کے آلات کا ٹرانسیور trf6151 (شکل 1) آن چپ وولٹیج ریگولیٹر ، وی سی او اور وی سی او چینل ، پی اے پاور کنٹرول ، پی ایل ایل لوپ فلٹر ایج بلاکر ڈیٹیکشن ، ایل این اے گین مرحلہ وار کنٹرول اور وی سی ایکس او شامل ہیں۔

ڈیزائنرز کے لیے ، جدید انضمام وائرلیس آر ایف میں کچھ بڑی پریشانیوں پر قابو پانے میں مدد کرتا ہے ، جن میں سب سے بنیادی ڈی سی پاور سپلائی اور ٹرانسیور کا ریگولیشن ہے۔ کال کے دوران ، بیٹری وولٹیج درجہ حرارت اور وقت کی تبدیلی کے ساتھ بدل جائے گی۔ اس کے علاوہ ، TX VCO اور Rx VCO پاور سپلائی سے شور کی جوڑی پورے نظام کی کارکردگی کو بھی متاثر کرے گی۔ لہذا ، ڈیزائنرز کو اس مسئلے کا سامنا ہے کہ آر ایف سرکٹ بورڈ ریگولیٹر اور زیادہ تر متعلقہ غیر فعال اجزاء کو کیسے حل کیا جائے۔ ان آلات کو آر ایف ٹرانسیور میں ضم کرنے کا مطلب یہ ہے کہ صرف بیرونی جزو درکار ہے ایک سادہ ڈیکوپلنگ کیپسیٹر ، جو براہ راست بجلی کی فراہمی سے جڑا ہوا ہے ، جو نہ صرف ڈیزائن کو آسان بناتا ہے ، بلکہ سرکٹ بورڈ کی جگہ بھی بچاتا ہے۔

آر ایف ڈیزائنرز کے لیے ایک اور چیلنج VCO ٹیوننگ رینج اور لاکنگ ٹائم ہے۔ تمام ینالاگ VCO ڈیزائنز میں۔ چونکہ تالا لگانے کے وقت اور ٹیوننگ کی حد کو متوازن کرنا اکثر ضروری ہوتا ہے ، لوپ فلٹر عام طور پر چپ کے باہر رکھا جاتا ہے۔ کبھی کبھی ، یہ VCO ٹیوننگ رینج کے سافٹ ویئر کنٹرول میں حل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم ، یہ طریقہ ٹیلی فون کی مجموعی ترقی کے لیے اضافی وسائل کی ضروریات کو پیش کرتا ہے۔ جب ڈیجیٹل ٹیوننگ فنکشن وی سی او میں شامل ہوتا ہے اور سیلف انشانکن فراہم کر سکتا ہے تو ، ٹیوننگ کی ایک توسیع کی حد حاصل کی جا سکتی ہے ، اور لوپ فلٹر عنصر کو چپ میں رکھا جا سکتا ہے۔ ظاہر ہے ، یہ اسکیم ڈیزائن انجینئرز کو ان کے کام کو آسان بنانے کے قابل بنا سکتی ہے۔

جی ایس ایم سسٹم کے ذریعے مطلوبہ ٹرانسمیٹر پاور کنٹرول حاصل کرنے کے لیے ، پی اے مینوفیکچررز عام طور پر اس فنکشن کو پاور ایمپلیفائر ماڈیول (پی اے ایم) میں شامل کرتے ہیں۔ پاور کنٹرولر عام طور پر ہزاروں ڈیجیٹل CMOS گیٹس پر مشتمل ہوتا ہے ، جو PAM میں ایک آزاد چپ میں بنائے جاتے ہیں۔ یہ عنصر PAM کی قیمت $ 0.30 ~ 0.40 تک بڑھا دے گا۔ اس فنکشن کو RF ڈیوائسز میں ضم کرنے سے GaAs PAM مینوفیکچررز ڈیجیٹل CMOS سرکٹس خریدنے اور PAM میں انسٹال کرنے کے قابل نہیں ہوں گے۔ ہر مہینے ہزاروں مصنوعات تیار کرنے والے OEM کے لیے ، اس فالتو جزو کو ہٹانے سے ان کی لاگت بہت کم ہوجائے گی۔

ایک اور علاقہ جہاں اعلی درجے کا انضمام کافی بچت لا سکتا ہے وہ ہے VCXO۔ ماضی میں ، مہنگے vctcxo ماڈیول خریدے گئے تھے اور آر ایف ڈیوائسز میں مجرد اجزاء کے طور پر ڈیزائن کیے گئے تھے۔ لہذا ، vctcxo ماڈیولز کے عام اجزاء کو RF ڈیوائسز میں شامل کرنے سے اخراجات اور متعلقہ ڈیزائن کے مسائل کم ہو سکتے ہیں۔ trf6151 کا استعمال کرتے ہوئے ، vctcxo کے فنکشن کو مکمل کرنے کے لیے صرف ایک کم لاگت والا کرسٹل اور ویراکٹر درکار ہوتا ہے۔

انضمام اور ڈیزائن کو آسان بنانے کے باوجود ، آر ایف ڈیزائن انجینئرز کو اب بھی مشکل انتخاب کا سامنا ہے ، جن میں سے ایک ان پٹ حساسیت اور Rx بجلی کی کھپت ہے۔ یہ بات مشہور ہے کہ کم شور ایمپلیفائر (ایل این اے) کے ڈیزائن میں جتنا بڑا کرنٹ استعمال ہوتا ہے ، شور کی مجموعی خصوصیات کم ہوتی ہیں۔ ڈیزائن انجینئر کو وصول کنندہ کے کل پاور بجٹ اور وصول کنندہ کی حساسیت کی سطح کی ضروریات کا تعین کرنا ہوگا۔ تاہم ، طاقت کم ہونے سے شور کم نہیں ہوتا۔ حقیقت میں ، یہ اس کے برعکس ہے۔ لہذا ، اگرچہ یہ جی ایس ایم معیاری تصریح کو پورا کر سکتا ہے ، ڈیزائنرز کو اکثر اپنے آپ سے پوچھنا چاہیے کہ کیا یہ ایک مخصوص حساسیت کی سطح کو حاصل کرنے کے لیے بجلی کی کھپت میں قیمت ادا کرنے کے قابل ہے۔ یہ سوال یہ بھی بتاتا ہے کہ ڈیزائن انجینئرز اور آئی سی مینوفیکچررز کے لیے ضروری کیوں ہے کہ وہ پورے ڈیزائن کے عمل میں قریبی تعاون کریں۔ ڈیزائن انجینئرز کی رائے آئی سی مینوفیکچررز کی رہنمائی کر سکتی ہے کہ وہ مستقبل میں آر ایف مصنوعات تیار کرتے وقت وائرلیس انڈسٹری کی بہتر خدمت کریں۔

ایس او سی کی طرف ترقی کرنا۔

نظام کے انضمام کی ضروریات کو کامیابی سے پورا کرنے کے لیے وائرلیس نظام کی لاگت ، طاقت اور پیچیدگی کو کم کرنا بہت ضروری ہے۔ تاہم ، موبائل فون کے لیے اعلی انضمام کے حل کی ترقی کے لیے سیمی کنڈکٹر انڈسٹری پیچیدہ تکنیکی رکاوٹوں کو دور کرنے کی ضرورت ہے۔ ان میں سے کچھ رکاوٹوں کو ڈیزائنرز کم ہی تشویش میں ڈالتے ہیں ، کیونکہ ان میں سے بہت سے لوگ یہ نہیں جاننا چاہتے کہ ایس او سی ڈیوائسز کیسے بنتی ہیں ، جب تک کہ یہ مطلوبہ کارکردگی فراہم کرسکے۔ لہذا ، کچھ پروسیس ٹیکنالوجیز کی فوری تفہیم ضروری ہے ، جو سیلولر فون انضمام میں استعمال ہونے والے آلات کی صلاحیت اور دستیابی کو متاثر کرے گی۔

موبائل فون آر ایف الیکٹرانک سسٹم کے انضمام کے لیے کئی قابل عمل اسکیمیں ہیں۔ سب سے پہلے ، روایتی آر ایف فن تعمیر کو روایتی ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے نسبتا simple سادہ دو قطبی یا BiCMOS عمل میں لاگو کیا جا سکتا ہے۔ فائنل آر ایف چپ ملٹی چپ پیکیجنگ ٹیکنالوجی (سسٹم لیول پیکیجنگ ٹیکنالوجی) کا استعمال کرتے ہوئے موبائل فون ڈیجیٹل لاجک افعال کے ساتھ جمع کیا جا سکتا ہے۔ اگرچہ اس ٹکنالوجی کے بہت سے فوائد ہیں ، جیسے کہ واقف آر ایف ڈیزائن کے طریقوں اور پختہ عمل اور ٹیکنالوجیز کا استعمال ، ٹیسٹ ڈیوائسز کی زیادہ قیمت اور پیداوار کی وجہ سے تجارتی بنانا مشکل ہے۔

اس کے علاوہ ، موبائل فون الیکٹرانک سسٹم کا انضمام بھی اعلی درجے کی BiCMOS (SiGe) ویفر کے عمل سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ تاہم ، کیونکہ SiGe HBT ڈیوائسز کی پروسیسنگ کے لیے اضافی لیتھوگرافی کے عمل کی ضرورت ہوتی ہے ، اس لیے حتمی چپ کو اضافی لاگت درکار ہوگی۔ ایک ہی وقت میں ، کیونکہ SiGe BiCMOS ٹیکنالوجی جدید ترین لیتھوگرافی کے عمل کو استعمال نہیں کر سکتی ، BiCMOS عمل عام طور پر جدید ڈیجیٹل CMOS عمل سے پیچھے رہ جاتا ہے۔ یہ موبائل فون کی خصوصیات کو بڑھانے اور اخراجات کو کم کرنے کے لیے زبردست دباؤ لائیں گے۔ اسے سادہ ویفر عمل کی حکمت عملی سے حل نہیں کیا جا سکتا ، کیونکہ یہ ٹیکنالوجی نظام کی منطق یا ڈیجیٹل حصے کو ہر وقت کم سے کم قیمت پر نہیں رکھ سکتی۔ لہذا ، نظام بیس بینڈ فنکشن آر ایف پارٹ آف بائی کاموس (یا سی جی ای) کا یک سنگی انضمام اچھا انتخاب نہیں ہے۔

حتمی حل جس پر غور کیا جا سکتا ہے وہ CMOS میں RF انضمام ہے ، جسے کافی چیلنجز کا بھی سامنا ہے۔ اگرچہ کئی CMOS سیلولر RF ڈیزائن ہیں ، یہ ڈیزائن بڑی حد تک ینالاگ افعال پر مبنی ہیں۔ CMOS ٹیکنالوجی کے ساتھ اینالاگ مکسرز ، فلٹرز اور یمپلیفائرز کو نافذ کرنا مشکل ہے ، اور بجلی کی کھپت عام طور پر SiGe BiCMOS اسکیم سے زیادہ ہوتی ہے۔ پروسیس ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ ، CMOS درجہ بندی کی سطح کم سے کم ہو رہی ہے ، جس سے ینالاگ ڈیزائن زیادہ مشکل ہوتا ہے۔ نئے عمل تیار کرنے کے ابتدائی مرحلے میں ، ڈیوائس ماڈلنگ اور عمل کی پختگی عام طور پر اینالاگ ماڈیول ڈیزائن کے لیے درکار اعلی صحت سے متعلق پیرامیٹر ماڈلنگ کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتی۔ تاہم ، حال ہی میں تیار کیا گیا ڈیجیٹل CMOS RF فن تعمیر یک سنگی CMOS انضمام کو زیادہ پرکشش بنا دیتا ہے۔

یہ حل سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کو بھی چلاتے ہیں کیونکہ مینوفیکچررز کم لاگت والے آر ایف سسٹم لیول چپ حل تلاش کرتے ہیں۔ اگرچہ ہر انضمام اسکیم میں مشکلات ہیں ، یہ واقعی حیران کن ہے کہ آر ایف جزو انضمام اتنی اعلی سطح تک پہنچ سکتا ہے۔ ان مشکلات پر قابو پانے سے وائرلیس موبائل فونز کے ڈیزائن میں ایک بڑا قدم آگے بڑھے گا اور مستقبل قریب میں زیادہ سے زیادہ انضمام کی سمت طے ہوگی۔

اس مقالے کا اختتام۔

آر ایف انضمام میں اب بھی بہت سی مشکلات ہیں۔ جدید موبائل فون کے ہر آر ایف ڈیوائس کو سخت کارکردگی کی ضروریات کا سامنا ہے۔ حساسیت کی ضرورت تقریبا – 106dbm (106db نیچے 1 MW) یا اس سے زیادہ ہے ، اور متعلقہ سطح صرف چند مائیکرو وولٹس ہے۔ اس کے علاوہ ، سلیکٹیوٹی ، یعنی مفید چینل کی ملحقہ فریکوئنسی بینڈ (جسے عام طور پر بلاکنگ کہا جاتا ہے) کو مسترد کرنے کی صلاحیت 60dB کی ترتیب میں ہونی چاہیے۔ اس کے علاوہ ، سسٹم آسکیلیٹر کو بہت کم فیز شور کے تحت کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ فولڈنگ بلاکنگ انرجی کو وصول کرنے والے بینڈ میں داخل ہونے سے روکا جا سکے۔ آر ایف انضمام بہت مشکل ہے کیونکہ بہت زیادہ فریکوئنسی اور انتہائی تقاضا کی کارکردگی کی ضروریات۔

ملٹی فریکوئنسی سٹینڈرڈ پروسیسنگ پوری ایس او سی فریکوئنسی کے لیے ایک حقیقی چیلنج لاتی ہے۔ بینڈ سگنل ٹرانسمیشن کے ذریعے پیدا ہونے والے جوش کو کم کرنے کی امید ہے۔ ڈیجیٹل آر ایف انضمام کا مواد ایک چپ میں متعدد آر ایف اجزاء ڈالنے سے کہیں زیادہ ہے۔ ہارڈ ویئر شیئرنگ کے نئے فن تعمیر کی ضرورت ہے۔

سسٹم ڈیزائنرز کے لیے ، موجودہ سادہ ، انتہائی مربوط اور سرمایہ کاری مؤثر سیمی کنڈکٹر آلات ڈیزائن کی پیچیدگی کو بہت کم کر سکتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں ، وہ وائرلیس آلات کی خصوصیات کو بہتر بنا سکتے ہیں اور سسٹم کا سائز ، بیٹری کی زندگی اور لاگت میں کوئی تبدیلی نہیں کرسکتے ہیں۔ نئے انتہائی مربوط آر ایف ڈیوائسز وائرلیس ڈیزائن میں کچھ تنازعات کو ختم کر سکتی ہیں اور انجینئرز کا قیمتی وقت بچا سکتی ہیں۔