在競爭激烈的GSM電話終端市場上，終端制造商開始期待可以加快開發(fā)速度和縮短開發(fā)周期的解決方案。由于越來越多功能豐富的新型手機(jī)開始集成百萬像素?cái)?shù)字相機(jī)、藍(lán)牙技術(shù)和多媒體功能，設(shè)計(jì)者開始尋找尺寸更小和集成度更高的發(fā)射和接收RF模塊，它們能夠在提供卓越性能水平的同時(shí)占用更小的板空間。

為了能夠讓更多的設(shè)計(jì)師快速完成這些日益復(fù)雜的新型手機(jī)終端的設(shè)計(jì)與開發(fā)，元器件解決方案供應(yīng)商在如何去滿足一些存在固有矛盾的設(shè)計(jì)要求方面面臨著挑戰(zhàn)。為了滿足這些市場需求，RF Micro Devices(RFMD)公司的設(shè)計(jì)人員開發(fā)出了RF7115發(fā)射模塊(TxM)。

這種發(fā)射模塊使得GSM射頻前端向?qū)崿F(xiàn)全面集成又前進(jìn)了一步。作為該應(yīng)用市場的一家主要元件供應(yīng)商，我們見證了分立式射頻前端解決方案的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，這一復(fù)雜性常常導(dǎo)致GSM手機(jī)制造商無法順利地進(jìn)入量產(chǎn)階段。這一體驗(yàn)促使我們開發(fā)出了一種嵌入功率放大器(PA)裸片和匹配電路的模塊，并稱之為功率放大器模塊(PAM)。在此基礎(chǔ)上，我們又進(jìn)一步在PAM中嵌入了集成的功率控制，它可以替代復(fù)雜且敏感的控制環(huán)路，這一環(huán)路的設(shè)計(jì)目的是使PA輸出能夠很好地轉(zhuǎn)換成GMSK突發(fā)模板(burst template)。

在GMSK模式，為了滿足ETSI規(guī)定的時(shí)序規(guī)范或限制，PA有突發(fā)時(shí)序要求。一個(gè)突發(fā)模板簡單來說就是TxM模塊控制信號的建議或?qū)崿F(xiàn)時(shí)序，它用來確保在一個(gè)發(fā)射突發(fā)脈沖的上升和下降階段，所有的ETSI限制都能得到滿足。這一革命性技術(shù)進(jìn)步可把電話平臺的開發(fā)時(shí)間縮短1/4。

TxM的好處

除了尺寸減小和元件數(shù)量減少等顯而易見的優(yōu)點(diǎn)之外，同分立實(shí)現(xiàn)方案相比，TxM還在哪些方面確實(shí)給設(shè)計(jì)者帶來了好處呢？

降低Tx和Rx路徑上的插入損失

一般來說，發(fā)射模塊通過集成任意數(shù)目的開關(guān)配置和內(nèi)部架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)天線開關(guān)功能。常見的TxM模塊架構(gòu)包含兩個(gè)Tx路徑開關(guān)和3或4個(gè)Rx路徑開關(guān)，并通過一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)連接到天線。典型的配置采用SPXT或級聯(lián)設(shè)計(jì)。

盡管早期的開關(guān)模塊絕大部分采用PIN二極管實(shí)現(xiàn)，但較新的設(shè)計(jì)都利用定制pHEMT開關(guān)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)類似的或更好的性能。在各種開關(guān)設(shè)計(jì)方案中，基于pHEMT的設(shè)計(jì)的一個(gè)切實(shí)好處是降低了通過開關(guān)的插入損失(IL)。

通過對pHEMT開關(guān)的引腳和諧波匹配濾波器進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，可以把在Tx信號路徑上的插入損失降到最小。通過盡可能地降低插入損失，PA輸出功率可以更高效地傳送到天線。這在TxM中是可以做到的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者對PA輸出匹配和對匹配/網(wǎng)格(filet)及pHEMT輸入的控制有充分的了解。與目前的PAM和ASM(天線開關(guān)模塊)組合方案相比，這可給設(shè)計(jì)師帶來某種程度的靈活性。這是可能的，因?yàn)門xM設(shè)計(jì)師已經(jīng)不再被限制在50歐姆的輸出環(huán)境中。他可以選擇合適的阻抗來同放大器的輸出進(jìn)行匹配(典型值為2-4歐姆)，并把它直接同一個(gè)pHEMT開關(guān)相匹配。這意味著只使用了一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，因而可減少損失(見圖1)。

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插入損失之所以能減小，是因?yàn)槟銦o需再執(zhí)行將PA輸出端和ASM輸入端的阻抗轉(zhuǎn)換到50歐姆的任務(wù)。這可減少高達(dá)0.5dB的發(fā)射鏈損失，從而可為GSM模式節(jié)省150mA，為PCS/DCS模式節(jié)省90mA。

類似地，接收路徑(Rx)內(nèi)部匹配拓?fù)湟驳靡嬗?0歐姆轉(zhuǎn)換的消除，在TxM的Rx側(cè)可以得到同樣的好處。Rx插入損失的降低提高了Rx靈敏度。

改善諧波性能

隨著上市時(shí)間的重要性不斷提高，設(shè)計(jì)復(fù)用已成為開發(fā)者所面臨的一個(gè)共同課題，這導(dǎo)致了越來越多的手機(jī)開發(fā)平臺的出現(xiàn)。我們已經(jīng)看到，這一基于平臺的開發(fā)趨勢已越來越明顯，未來許多手機(jī)設(shè)計(jì)都將采用射頻收發(fā)器和PA+ASM的組合解決方案。但當(dāng)把這個(gè)“知名”的平臺應(yīng)用于不同形狀因子的設(shè)計(jì)時(shí)卻遇到了很多困難。尤其是，蛤殼、糖棒和滑蓋形手機(jī)形狀因子都造成了天線與射頻modem之間的不匹配和PCB性能的變化。因此，在一個(gè)形狀因子下工作良好的平臺與在另一個(gè)形狀因子下的表現(xiàn)可能有很大差別，這通常會造成整體性能的下降。在這些情況下，天線差別通常是肇事元兇。

射頻平臺設(shè)計(jì)師可以得益于擁有一個(gè)緊密控制的PA輸出、諧波濾波器和開關(guān)接口。TxM向設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)受控的環(huán)境，從而設(shè)計(jì)師可以優(yōu)化從PA發(fā)出的諧波。這也使得該射頻設(shè)計(jì)變成了一個(gè)真正可以適應(yīng)各種形狀因子的平臺，TxM所包含的性能可以通過由制造商制訂的電?規(guī)范得到保證。這一點(diǎn)對典型的PA+ASM平臺設(shè)計(jì)來說是完全做不到的。

TxM是以解決大多數(shù)手機(jī)設(shè)計(jì)者面臨的一個(gè)設(shè)計(jì)困難而開發(fā)的。而且，即便在手機(jī)設(shè)計(jì)師完成了一個(gè)魯棒設(shè)計(jì)之后，對精密匹配的任何修改都可能嚴(yán)重改變阻抗并影響在天線上所測到的諧波水平。通過保持這一接口的完整性，TxM設(shè)計(jì)師有更大的機(jī)會在極限條件下，甚至在不匹配的條件下來抑制諧波。例如，對TxM設(shè)計(jì)來說，通?？梢詫?shí)現(xiàn)在所有極限條件下以低于-35dBm的諧波水平達(dá)到4:1的VSWR(電壓駐波比)(見圖2)。這產(chǎn)生了一個(gè)非常魯棒的解決方案，而且可以在許多不同的形狀因子考慮因素下使用。

靈活的收發(fā)器信號路由

如前面所提到的，最新的TxM在設(shè)計(jì)中使用了pHEMT開關(guān)。在天線開關(guān)部分，使用pHEMT開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)源于可以把Rx端口設(shè)置成路由所要求的任何方式。pHEMT輸入頻率響應(yīng)是寬帶的，事實(shí)上，它允許把任何端口指定為高波段或低波段。這使得可以獨(dú)立于任何特定的收發(fā)器來單獨(dú)使用GSM TxM。我們預(yù)測，這一點(diǎn)在ODM環(huán)境中特別有用，因?yàn)镺DM通常會基于基帶的選擇保留2到3種不同的收發(fā)器配置，但對于PA，一般僅會從主要的批量供應(yīng)商中選擇一家。

傳送WCDMA信號的潛力

對新興的多模應(yīng)用特別方便的一個(gè)特性是，TxM模塊可以指定一個(gè)未使用的端口作為獨(dú)立的WCDMA Tx/Rx信號的通過端口。在當(dāng)今這個(gè)向多模應(yīng)用轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，市場上經(jīng)常產(chǎn)生對利用獨(dú)立的WCDMA和GSM/GRPS射頻鏈路的快速捆綁式解決方案的需要。在一個(gè)GSM/GPRS TxM中利用一個(gè)未用端口來進(jìn)行開關(guān)控制的能力消除了對一個(gè)獨(dú)立ASM和??持WCDMA射頻鏈匹配元件的需要。這一方案既可節(jié)省成本，又可減小尺寸，而這兩者對這個(gè)新興市場來說都是非常重要的。

RFMD公司已經(jīng)在WCDMA頻率和功率水平上測試和表征了這種pHEMT開關(guān)端口的線性度和互調(diào)功能。其結(jié)果表明，將Rx端口之一用作WCDMA通道是可行的。表征包括互調(diào)測量、插入損失、ACP降級、諧波生成和pHEMT開關(guān)產(chǎn)生的熱量。

TxM模塊的其它特性包括：易用性、內(nèi)置8KV ESD保護(hù)電路、以及減少的外接元件數(shù)量。TxM模塊可同時(shí)提供改進(jìn)的性能和易用性，這兩者在手機(jī)設(shè)計(jì)中常常不能同時(shí)得到滿足。其中可在大多數(shù)商業(yè)TxM模塊中發(fā)現(xiàn)的“易用”特性之一是設(shè)在天線端口的集成型ESD保護(hù)。它包含一個(gè)用來抑制由于modem元件損壞而產(chǎn)生的任何高壓短時(shí)脈沖的板上感容電路。這是一個(gè)非常有用的功能，因?yàn)樵赗x路徑上的大多數(shù)SAW濾波器對ESD暫態(tài)電壓的保護(hù)能力是非常令人懷疑的。此外，這些ESD濾波器完全符合IEC 61000-4-2的8KV接觸放電要求。

TxM模塊除允許設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)更高水平的性能之外，它所需要的外接元件數(shù)量也減少了，這一點(diǎn)也是非常重要的。作為未來發(fā)展趨勢的一部分，新一代的集成模塊繼續(xù)面臨著減少實(shí)現(xiàn)射頻解決方案所需要的外部元件數(shù)量的挑戰(zhàn)。

TxM模塊也面臨著同樣的挑戰(zhàn)，事實(shí)上，TxM模塊特別將這些集成度需求作為其存在的一個(gè)基本前提。TxM模塊不僅減少了外部元件的數(shù)量，而且還消除了對靈敏的內(nèi)部元件匹配電路的需要。同相同功能的其它實(shí)現(xiàn)方案相比，TxM模塊可以幫助設(shè)計(jì)師減小總的版圖尺寸。典型的數(shù)字表明，與競爭性PA+ASM解決方案相比，可以減少30%到50%的版圖面積。

縮短電話平臺開發(fā)時(shí)間

TxM模塊是一種非常魯棒的解決方案，這可直接歸因于使用了內(nèi)部匹配電路。其真正的好處是可以降低開發(fā)成本。此外，TxM解決方案將極大地縮短開發(fā)時(shí)間和上市時(shí)間。

在一個(gè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)一個(gè)TxM主要是一個(gè)驗(yàn)證性能的問題，而不是設(shè)計(jì)和微調(diào)靈敏RF電路的問題，但對于傳統(tǒng)的PA+ASM解決方案來說后者是一個(gè)主要問題。電話平臺開發(fā)時(shí)間的減少對手機(jī)的快速上市能力有重大影響。為了在這個(gè)極具競爭性的手機(jī)市場上占有一定的地位，上市時(shí)間已經(jīng)被視為衡量手機(jī)制造商能力的最高尺度。

真正的“防竄改”解決方案

當(dāng)使用TxM來開發(fā)一個(gè)平臺時(shí)，我們還可以清楚地看到因TxM模塊的魯棒性和性能一致性所帶來的另外一個(gè)好處。由于TxM模塊的集成度非常高，因此當(dāng)移植到各種其它形狀因子的平臺時(shí)，因交換元件而造成性能下降的機(jī)會很小。很穩(wěn)定的參考設(shè)計(jì)有時(shí)不得不在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，有時(shí)這情況還很普遍，因?yàn)槭謾C(jī)制造商有時(shí)會突然選用與最初打算不同的PA/ASM組合。

制造商的動機(jī)通常很有道理，因?yàn)檫x用其它元件可能帶來吸引人的成本節(jié)省和供貨方面的好處。不足之處是常常需要付出更多的工程努力來修補(bǔ)一個(gè)本來已經(jīng)獲得FTA認(rèn)證的系統(tǒng)。對參考設(shè)計(jì)供應(yīng)商和PA供應(yīng)商來說，??持這么多制造變量可能是困難的和昂貴的，因?yàn)樗赡艽碇惚仨毟冻龊芏嗟碾[性成本。因此，采用可防“竄改”的解決方案可以保持更多的利益，而TxM模塊是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個(gè)新興的關(guān)鍵元件。

本文結(jié)論

作為全球最大的手機(jī)功率放大器供應(yīng)商，RFMD公司將繼續(xù)同客戶一起優(yōu)化PA+ASM組合解決方案，并開發(fā)出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的所有細(xì)節(jié)。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，在縮短開發(fā)時(shí)間、減小電路板版圖面積和減少供應(yīng)鏈管理需要的同時(shí)，即使與最好和最優(yōu)的設(shè)計(jì)相比，TxM模塊仍然代表更高的總體性能。

此外，隨著對多功能設(shè)備的需求不斷增長，為了能夠在相同的形狀因子中容納更多的功能，手機(jī)正在要求更小的射頻解決方案。我們清楚地看到，要滿足這些多功能設(shè)備的集成要求，TxM模塊將變成不可缺少的基本器件。在理解了該器件所包含的所有這些好處之后，我們明確期望TxM模塊能夠成為我們在2005年發(fā)貨量的一個(gè)重要部分，并希望在2006年對這類產(chǎn)品的需求會有大幅度提高。

通過RF3178的批量發(fā)貨，RFMD公司已經(jīng)在發(fā)射模塊市場上確立了我們的地位。該元件是我們的Polaris 2方案(一個(gè)基于EDGE的Polar調(diào)制方案)的一個(gè)關(guān)鍵元件。RF3178是作為我們的Polaris 2收發(fā)器的配套產(chǎn)品為實(shí)現(xiàn)Polar調(diào)制而設(shè)計(jì)的，具有尺寸小、整體性能高的特點(diǎn)。另外，RFMD公司很快將推出面向GSM/GPRS市場的派生產(chǎn)品RF7115。RF7115將以四波段和雙波段兩種款式供貨，專門面向GSM和GPRS這兩個(gè)大批量成熟市場。