Komponentlar sonini kamaytiring va maydonini kamaytiring elektron karta simsiz RF integratsiyasi orqali

Hozirgi simsiz qurilmalarda elektron kartadagi komponentlarning yarmidan ko’pi analog RF qurilmalaridir. Shu sababli, elektron karta maydonini va quvvat sarfini kamaytirishning samarali usuli-bu RF chastotasini yanada kengroq integratsiyalashtirish va tizim darajasidagi chipni ishlab chiqish. Ushbu maqola RF integratsiyasining rivojlanish holati bilan tanishtiradi va ba’zi muammolarni bartaraf etish choralarini ko’radi.

Bir necha yil oldin uyali telefonlar bozorida bitta tarmoqli va ikki tarmoqli bitta rejimli telefonlar ustunlik qilar edi va ishlatilgan texnologiya faqat ??? Hammasi bo’lib bitta yoki ikkita uyali tarmoqli ushlab turing ??? Xuddi shu modulyatsiya usuli, ko’p kanalli kirish sxemasi va protokoli ushlab turuvchi chastota diapazonida qabul qilingan. Bundan farqli o’laroq, bugungi yangi avlod uyali telefonlarining dizayni ancha murakkab va ko’p tarmoqli va ko’p rejimli bo’lishi mumkinmi ??? Unda Bluetooth shaxsiy hududiy tarmog’i, GPS joylashishni aniqlash va boshqa funktsiyalar mavjud, UWB va TV qabul qilish funktsiyalari paydo bo’la boshladi. Bundan tashqari, o’yinlar, tasvirlar, audio va video kabi ilovalar mobil telefonlarda juda keng tarqalgan.

Simsiz telefon qo’lda ishlaydigan ko’ngilochar markaz deb ataladigan murakkab qurilmaga aylanmoqda. Uning rivojlanish tendentsiyasi dizaynerlarga ko’proq qiyinchiliklarni keltirib chiqarmoqda. Garchi, faqat ovozli funktsiyali mobil telefonlar bilan taqqoslaganda, yangi avlod mobil telefonlari aloqa, dasturlarni qayta ishlash, RF interfeyslari soni va o’rnatilgan xotira sig’imi bo’yicha sezilarli darajada oshgan bo’lsa -da, foydalanuvchilar hali ham mobil telefonlar kichik hajmli, soddalashtirilgan shaklga ega bo’lishini kutishadi. narx va katta rangli displey, u an’anaviy ovozli telefonlarga o’xshash kutish va suhbat vaqtini ta’minlay oladi. Umumiy hajm va quvvat sarfini saqlab turish, lekin funktsiyani eksponent ravishda oshirish, tizimning umumiy xarajatlarini o’zgarishsiz saqlash, bularning barchasi tizimni ishlab chiqaruvchilar uchun juda ko’p muammolarni keltirib chiqaradi.

Shubhasiz, muammo butun tizim dizaynining barcha qismlarini, shuningdek simsiz aloqa va ko’ngilochar kontentni etkazib beruvchilarni o’z ichiga oladi. Kengash maydoni va quvvat sarfini kamaytirishda ayniqsa samarali bo’lgan sohalardan biri simsiz tizim dizaynining RF qismi hisoblanadi. Buning sababi shundaki, bugungi uyali telefonda bortdagi komponentlarning yarmidan ko’pi analog RF chastotali komponentlar bo’lib, ular umumiy taxtaning 30-40% ni tashkil qiladi, masalan, GPS va WLAN kabi Bluetooth chastotali RF tizimlari. maydonga bo’lgan talablarni oshirish.

Yechim-kengroq chastotali RF integratsiyasini amalga oshirish va nihoyat tizim darajasidagi to’liq integratsiyalangan chipga aylantirish. Ba’zi dizaynerlar antennaga analog-raqamli konvertorlarni joylashtiradilar, bu esa RF funktsiyalari uchun zarur bo’lgan elektron plataning umumiy maydonini kamaytiradi. Yarimo’tkazgichli integratsiya texnologiyasi bitta qurilmada ko’proq funktsiyalarni birlashtira oladigan bo’lsa, mos ravishda diskret qurilmalar soni va ushbu qurilmalarni joylashtirish uchun ishlatiladigan elektron platalar maydoni kamayadi. Sanoat tizim darajasidagi chiplarni integratsiyalashuvga intilayotganda, dizaynerlar kichik simsiz qurilmalarda yuqori chastotali RF chastotasi va batareyaning ishlash muddati o’rtasidagi ziddiyatni bartaraf etish uchun yangi texnologiyalarni topishda davom etadilar.

RF integratsiyasining rivojlanish holati

RF integratsiyasining muhim rivojlanishi taxminan ikki yil oldin paydo bo’lgan. O’sha paytda RF texnologiyasi va raqamli tarmoqli modemining rivojlanishi superheterodinli RF qurilmalarini simsiz mobil telefonlaridagi to’g’ridan -to’g’ri pastga aylantiruvchi qabul qiluvchilar bilan almashtirish imkonini berdi. Superheterodin RF qurilmalarida ko’p yillar davomida yaxshi ishlatilgan ko’p bosqichli mikserlar, filtrlar va ko’p kuchlanishli boshqariladigan osilatorlar (VCO) ishlatiladi, lekin to’g’ridan -to’g’ri chastotali konvertatsiya qiluvchi RF qurilmalarining integratsiyasi GSM RF komponentlarining umumiy sonini ancha kamaytirishi mumkin. 1990 -yillarning oxirlarida odatda bitta diapazonli superheterodinli RF quyi tizimiga PA, antenna kaliti, LDO, kichik signalli RF va vctcxo kiradi, bu 200 ga yaqin diskret qurilmalarni talab qiladi; Bugungi kunda biz VCO, VCXO va PLL pastadirli filtrni birlashtirgan to’rtta tarmoqli funktsiyali to’g’ridan -to’g’ri chastotali konvertatsiya tizimini loyihalashtira olamiz, lekin uning komponentlari soni 50 dan kam. 1 -rasm: yuqori integratsiyali to’rt tarmoqli GSM qabul qiluvchi.

Masalan, Texas Instruments-ning GSM uchun trf6151 (1-rasm) qabul qilgichi chipdagi kuchlanish regulyatori, VCO va VCO kanali, PA quvvatini nazorat qilish, PLL pastadirli filtrli chekka blokerlarni aniqlash, LNA daromadini bosqichma-bosqich nazorat qilish va VCXO ni o’z ichiga oladi.

Dizaynerlar uchun ilg’or integratsiya simsiz RF chastotasidagi ba’zi katta muammolarni bartaraf etishga yordam beradi, ular orasida eng asosiysi shahar quvvat manbai va qabul qilgichni tartibga solishdir. Qo’ng’iroq paytida batareya quvvati harorat va vaqt o’zgarishi bilan o’zgaradi. Bundan tashqari, TX VCO va Rx VCO quvvat manbalaridan keladigan shovqin ham butun tizimning ishlashiga ta’sir qiladi. Shu sababli, dizaynerlar chastotali elektron platalar regulyatorini va unga bog’liq bo’lgan passiv komponentlarni qanday hal qilish muammosiga duch kelishmoqda. Ushbu qurilmalarni RF qabul qilgichiga birlashtirish shuni anglatadiki, faqat tashqi komponent – bu oddiy ajratuvchi kondansatör bo’lib, u to’g’ridan -to’g’ri quvvat manbaiga ulanadi, bu nafaqat dizaynni soddalashtiradi, balki elektron platadagi bo’sh joyni ham tejaydi.

RF dizaynerlari uchun yana bir qiyinchilik – VCO sozlash diapazoni va qulflash vaqti. Barcha analog VCO dizaynlarida. Tez -tez qulflash vaqti va sozlash oralig’ini muvozanatlash zarur bo’lganligi sababli, pastadir filtri odatda chip tashqarisida joylashadi. Ba’zan, bu VCO sozlash diapazonining dasturiy boshqaruvida hal qilinadi. Biroq, bu usul telefonning umumiy rivojlanishi uchun qo’shimcha resurs talablarini qo’yadi. Raqamli sozlash funktsiyasi VCO -ga kiritilgan va o’z -o’zini kalibrlashni ta’minlay olganda, sozlashning kengaytirilgan diapazonini olish mumkin va pastadir filtri elementini chipga joylashtirish mumkin. Shubhasiz, bu sxema dizayn muhandislariga o’z ishlarini soddalashtirishga imkon beradi.

GSM tizimi talab qiladigan transmitter quvvatini boshqarish uchun PA ishlab chiqaruvchilari odatda bu funktsiyani quvvat kuchaytirgich moduliga (PAM) kiritadilar. Quvvat boshqaruvchisi odatda PAM -da mustaqil chipda ishlab chiqarilgan minglab raqamli CMOS eshiklaridan iborat. Bu element PAM narxini 0.30 ~ 0.40 AQSh dollariga oshiradi. Bu funktsiyani RF qurilmalariga birlashtirish GaAs PAM ishlab chiqaruvchilariga raqamli CMOS sxemalarini sotib olmaslik va ularni PAMga o’rnatish imkonini beradi. Har oy minglab mahsulot ishlab chiqaradigan OEM uchun bu ortiqcha komponentni olib tashlash ularning narxini ancha pasaytiradi.

Kengaytirilgan integratsiya katta tejashga olib keladigan yana bir yo’nalish – VCXO. Ilgari, qimmat vctcxo modullari alohida qurilmalar sifatida RF qurilmalarida sotib olingan va ishlab chiqilgan. Shuning uchun, vctcxo modullarining umumiy komponentlarini RF qurilmalariga kiritish xarajatlarni va tegishli dizayn muammolarini kamaytirishi mumkin. Trf6151 yordamida vctcxo funktsiyasini bajarish uchun faqat arzon kristal va varaktor kerak.

Ushbu integratsiyalashuv va dizaynni soddalashtirishga qaramay, RF dizayn muhandislari hali ham qiyin tanlovlarga duch kelmoqdalar, ulardan biri kirish sezuvchanligi va Rx quvvat sarfi. Ma’lumki, past shovqin kuchaytirgichini (LNA) loyihalashda ishlatiladigan oqim qanchalik katta bo’lsa, shovqinning umumiy xarakteristikalari shunchalik past bo’ladi. Dizayn muhandisi qabul qiluvchining umumiy quvvat byudjetini va qabul qiluvchining sezuvchanlik darajasiga qo’yiladigan talablarni aniqlashi kerak. Biroq, quvvat kamayishi bilan shovqin kamaymaydi. Aslida, buning aksi. Shu sababli, u GSM standarti talablariga javob berishi mumkin bo’lsa -da, dizaynerlar tez -tez o’zlariga savol berishlari kerakki, ma’lum sezuvchanlik darajasiga erishish uchun elektr energiyasini iste’mol qilish narxini to’lashga arziydimi? Bu savol, nima uchun dizayn muhandislari va IC ishlab chiqaruvchilari butun dizayn jarayonida yaqindan hamkorlik qilishlari kerakligini tushuntiradi. Dizayn muhandislarining fikr -mulohazalari IC ishlab chiqaruvchilarini kelajakda RF mahsulotlarini ishlab chiqishda simsiz tarmoqqa yaxshiroq xizmat ko’rsatishga yo’naltirishi mumkin.

SOCga qarab rivojlanmoqda

Simsiz tizimlarning narxini, quvvatini va murakkabligini kamaytirish tizim integratsiyasi talablarini muvaffaqiyatli qondirish uchun juda muhimdir. Biroq, mobil telefonlar uchun yuqori integratsion echimlarni ishlab chiqish yarimo’tkazgichlar sanoatidan murakkab texnik to’siqlarni engib o’tishni talab qiladi. Bu to’siqlarning ba’zilari dizaynerlar tomonidan kamdan -kam hollarda tashvishga soladi, chunki ularning ko’pchiligi, agar u kerakli ishlashni ta’minlay olsa, SOC qurilmalari qanday ishlab chiqarilganini bilishni xohlamaydi. Shu sababli, uyali telefonlarni birlashtirishda ishlatiladigan qurilmalarning imkoniyatlari va mavjudligiga ta’sir ko’rsatadigan ba’zi texnologik texnologiyalarni tezda tushunish zarur.

Uyali telefon RF elektron tizimini birlashtirishning bir nechta mumkin bo’lgan sxemalari mavjud. Birinchidan, an’anaviy RF arxitekturasini an’anaviy texnologiya yordamida nisbatan oddiy bipolyar yoki BiCMOS jarayonida amalga oshirish mumkin. Yakuniy RF chipini ko’p chipli qadoqlash texnologiyasi (tizim darajasidagi qadoqlash texnologiyasi) yordamida mobil telefon raqamli mantiq funktsiyalari bilan yig’ish mumkin. Garchi bu texnologiya ko’p afzalliklarga ega bo’lsa, masalan, taniqli RF dizayn usullari va etuk jarayonlar va texnologiyalardan foydalanish, sinov qurilmalarining yuqori narxi va rentabelligi tufayli tijoratlashtirish qiyin.

Bundan tashqari, mobil telefonlar elektron tizimining integratsiyasini BiCMOS (SiGe) gofrirovka qilingan ilg’or texnologiyasi yordamida ham olish mumkin. Biroq, SiGe HBT qurilmalarini qayta ishlash qo’shimcha litografiya jarayonini talab qilganligi sababli, oxirgi chip qo’shimcha xarajatlarni talab qiladi. Shu bilan birga, SiGe BiCMOS texnologiyasi eng ilg’or litografiya jarayonidan foydalana olmagani uchun, BiCMOS jarayoni odatda rivojlangan raqamli CMOS jarayonidan orqada qoladi. Bu mobil telefonlarning xususiyatlarini oshirish va xarajatlarni kamaytirish uchun katta bosim keltiradi. Buni oddiy gofret jarayonining strategiyasi bilan hal qilib bo’lmaydi, chunki bu texnologiya tizim mantig’ini yoki raqamli qismini har doim ham eng past narxda ushlab tura olmaydi. Shuning uchun, BiCMOS (yoki SiGe) tizimli bazaviy tarmoqli funktsiyasi RF qismini monolitik integratsiyasi yaxshi tanlov emas.

Ko’rib chiqilishi mumkin bo’lgan yakuniy echim CMOS -da RFni birlashtirishdir, bu ham katta qiyinchiliklarga duch keladi. Bir nechta CMOS uyali RF dizaynlari mavjud bo’lsa -da, bu dizaynlar asosan analog funktsiyalarga asoslangan. CMOS texnologiyali analog mikserlar, filtrlar va kuchaytirgichlarni amalga oshirish qiyin va quvvat sarfi odatda SiGe BiCMOS sxemasidan katta. Jarayon texnologiyasi rivojlanishi bilan CMOSning nominal darajasi pasayib bormoqda, bu esa analog dizaynni qiyinlashtiradi. Yangi jarayonlarni ishlab chiqishning dastlabki bosqichida qurilmani modellashtirish va jarayonning etukligi odatda analog modul dizayni uchun zarur bo’lgan yuqori aniqlikdagi parametrlarni modellashtirish talablariga javob bera olmaydi. Biroq, yaqinda ishlab chiqilgan raqamli CMOS RF arxitekturasi monolitik CMOS integratsiyasini yanada jozibador qiladi.

Ushbu echimlar yarimo’tkazgichlar sanoatini ham boshqaradi, chunki ishlab chiqaruvchilar past chastotali RF tizimli chipli echimlarni izlaydilar. Har bir integratsiya sxemasi qiyinchiliklarga duch kelsa -da, RF komponentlarini integratsiyalashuvi shunchalik yuqori darajaga yetishi ajablanarli. Bu qiyinchiliklarni bartaraf etish simsiz mobil telefonlar dizaynida katta qadam tashlaydi va yaqin kelajakda yanada kengroq integratsiyalashuv yo’nalishini belgilaydi.

Ushbu maqolaning xulosasi

RFni birlashtirishda hali ko’p qiyinchiliklar mavjud. Zamonaviy mobil telefonning har bir RF qurilmasi ishlashning qattiq talablariga duch keladi. Sezuvchanlik talabi – 106dBm (106 MVt dan pastda 1db) yoki undan yuqori, va mos keladigan daraja atigi bir necha mikrovolts; Bundan tashqari, selektivlik, ya’ni foydali kanalning qo’shni chastota diapazoniga rad etish qobiliyati (odatda blokirovka deb ataladi) 60dB tartibida bo’lishi kerak; Bundan tashqari, tizim osilatori katlamali blokirovka qiluvchi energiyaning qabul qiluvchi diapazonga kirishiga yo’l qo’ymaslik uchun juda past fazali shovqin ostida ishlashi kerak. Yuqori chastotali va ishlash talablari juda yuqori bo’lgani uchun RFni birlashtirish juda qiyin.

Ko’p chastotali standartni qayta ishlash butun SOC chastotasiga haqiqiy qiyinchilik tug’diradi. Bu tarmoqli signal uzatishda hosil bo’ladigan qo’zg’alishni kamaytirishga umid qilmoqda. Raqamli RF integratsiyasining mazmuni bir nechta RF komponentlarini bitta chipga joylashtirishdan ko’ra ko’proq. Uskuna almashishning yangi arxitekturasi zarur.

Tizim dizaynerlari uchun hozirgi sodda, yuqori darajada integratsiyalangan va iqtisodiy o’tkazuvchan qurilmalar dizayni murakkabligini ancha kamaytirishi mumkin. Shu bilan birga, ular simsiz qurilmalarning xususiyatlarini boyitib, tizim hajmini, batareyaning ishlash muddatini va narxini o’zgarishsiz saqlashi mumkin. Yangi yuqori integratsiyalangan RF qurilmalari simsiz dizayndagi ba’zi nizolarni bartaraf etishi va muhandislarning qimmatli vaqtini tejashi mumkin.