為滿足下一代蜂窩電話設(shè)計(jì)對(duì)更多特性、多模式及工作頻率的需求，工程師們必須尋找提高射頻前端集成度的途徑。通過(guò)采用CMOS工藝的最新集成方案，他們找到了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的答案。

消費(fèi)者對(duì)更小、更便宜手機(jī)和手持式設(shè)備中實(shí)現(xiàn)更多功能以及高速無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與多重?zé)o線電技術(shù)(多模式)需求，正推動(dòng)移動(dòng)電話市場(chǎng)的增長(zhǎng)。在2.5G網(wǎng)絡(luò)(GPRS及CDMA 1xRTT)與3G網(wǎng)絡(luò)(UMTS/W-CDMA及cdma2000)的進(jìn)展使高速無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為可能的同時(shí)，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)墓韫に囈约凹缮漕l收發(fā)器等關(guān)鍵構(gòu)建模塊則可減少手機(jī)及手持式設(shè)備的尺寸及成本。

圖1：多模式平臺(tái)中常見(jiàn)獨(dú)立無(wú)線子系統(tǒng)。

手機(jī)制造商整合多種技術(shù)來(lái)向特定市場(chǎng)提供他們認(rèn)為銷售最佳的解決方案。例如，支持GSM、GPRS、EDGE及W-CDMA的手機(jī)使用戶能用一種設(shè)備來(lái)接入多個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)，這也是多模式技術(shù)最基本的應(yīng)用模式。而GPS、藍(lán)牙及無(wú)WLAN則是蜂窩電話及手持式設(shè)備中可能使用的其他常見(jiàn)無(wú)線功能。

今天的大多數(shù)多模式平臺(tái)在同一平臺(tái)上構(gòu)建有多個(gè)獨(dú)立無(wú)線子系統(tǒng)，如圖1所示。例如，支持GSM、W-CDMA、藍(lán)牙及GPS的多模式手機(jī)可能以GSM/W-CDMA基帶、應(yīng)用處理器、電源管理IC、存儲(chǔ)器IC、GSM射頻收發(fā)器、構(gòu)成W-CDMA收發(fā)器的分立元件、單芯片藍(lán)牙系統(tǒng)、雙芯片GPS子系統(tǒng)以及多模式射頻前端與無(wú)源器件等來(lái)構(gòu)造，以支持各種無(wú)線功能。

在這種手機(jī)例子中，單芯片藍(lán)牙及雙芯片GPS芯片組與應(yīng)用處理器相連，而其各自的驅(qū)動(dòng)程序則被嵌入至控制整個(gè)平臺(tái)工作的操作系統(tǒng)中。此外，由于它們?yōu)楠?dú)立的“單機(jī)”系統(tǒng)，故藍(lán)牙與GPS子系統(tǒng)可在由手機(jī)建立的網(wǎng)絡(luò)通話中并行工作。

盡管多種無(wú)線功能的“系統(tǒng)級(jí)”集成對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)很有意義，但這并不能獲得一種針對(duì)最低成本或最小外形尺寸手機(jī)進(jìn)行優(yōu)化的解決方案。多模式功能的最終集成是在射頻前端、基帶及收發(fā)器等元件級(jí)上進(jìn)行。

集成射頻前端系統(tǒng)

基于GSM標(biāo)準(zhǔn)并工作于時(shí)分雙工基礎(chǔ)上的蜂窩電話，使其射頻前端系統(tǒng)僅需以開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最簡(jiǎn)單的GSM手機(jī)以單頻段模式工作，且僅需要一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)、一個(gè)接收器濾波器與匹配網(wǎng)絡(luò)及一個(gè)功放。不過(guò)，當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)更多功能手機(jī)的需求對(duì)GSM手機(jī)提出了能支持多達(dá)4個(gè)頻段的要求。因此，四頻段GSM手機(jī)可能含有多達(dá)4個(gè)發(fā)射通道及4個(gè)接收通道。

發(fā)射通道至少需要有兩個(gè)功放：一個(gè)用于GSM850與GSM900頻段、另一個(gè)用于DCS-1800及PCS-1900頻段。若再加上接收通道所需的濾波器及無(wú)源器件，則一共有6個(gè)通道，從而增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜性及器件數(shù)量。

在將諸如802.11b WLAN等第二個(gè)無(wú)線系統(tǒng)添加到同一平臺(tái)上以構(gòu)成多模設(shè)備時(shí)，既能提供更多功能又不增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性或器件成本的挑戰(zhàn)是多方面的。由于GSM及802.11b工作于不同頻段，故其前端器件不能共用，因此兩種模式都要求在PCB板上擁有一組自己的功率放大器(PA)、開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)、接收器匹配電路及濾波器。對(duì)于這些前端功能的實(shí)現(xiàn)，其最佳方法是采用預(yù)集成模塊與封裝。

以包含功率放大器及功率控制邏輯功能的多芯片模塊為形式的PA模塊，已經(jīng)用于多頻段手機(jī)及多模式802.11a/g WLAN應(yīng)用中。同樣，包含開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)及接收濾波器的射頻前端模塊也已經(jīng)可獲得。將來(lái)，只要市場(chǎng)需要也可能會(huì)有整合了蜂窩與WLAN的射頻前端子系統(tǒng)。

基帶分割

今天的許多蜂窩基帶芯片均為高度集成的CMOS系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)，且要么是一塊芯片同時(shí)具有數(shù)字與模擬功能，要么是模擬與數(shù)字基帶各一塊芯片。在這兩種方案之間進(jìn)行選擇受到多種因素的影響，包括未來(lái)的集成方案。

雙芯片方案是最有競(jìng)爭(zhēng)力的集成方式，因?yàn)槟M基帶功能與構(gòu)成數(shù)字基帶的“純”數(shù)字電路相互隔離。采用這種方式，數(shù)字基帶可遵照摩爾定律縮小到越來(lái)越小的CMOS幾何尺寸，而這是模擬電路難以實(shí)現(xiàn)的。

此分割方案的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是，可在其中一塊SoC中集成其他數(shù)字CMOS平臺(tái)器件(如應(yīng)用處理器、圖像處理器及存儲(chǔ)器等)。隨著數(shù)字射頻接口的出現(xiàn)，如目前DigRF標(biāo)準(zhǔn)組織所定義的接口等，模擬電路可能完全在基帶中消失。這種方法提倡在無(wú)線電與蜂窩基帶之間定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高速數(shù)字串行接口。

WLAN供應(yīng)商在其JEDEC61組織定義標(biāo)準(zhǔn)串行接口時(shí)也在進(jìn)行類似的努力。一旦數(shù)字串行接口標(biāo)準(zhǔn)化，蜂窩基帶功能即能更經(jīng)濟(jì)高效地與補(bǔ)充數(shù)字功能或其他模式的無(wú)線基帶電路進(jìn)行集成。