RF7115發(fā)射模塊推進(jìn)手機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成

　　由于越來(lái)越多功能豐富的新型手機(jī)開(kāi)始集成百萬(wàn)像素?cái)?shù)字相機(jī)、藍(lán)牙技術(shù)和多媒體功能，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(kāi)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(chǎng)需求，RF Micro Devices(RFMD)公司的設(shè)計(jì)人員開(kāi)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(chǎng)的一家主要元件供應(yīng)商，我們見(jiàn)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(wú)法順利地進(jìn)入量產(chǎn)階段。這一體驗(yàn)促使我們開(kāi)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是TxM模塊控制信號(hào)的建議或?qū)崿F(xiàn)時(shí)序，它用來(lái)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(tái)的開(kāi)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(jiàn)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(lái)了好處呢？
　　
　　降低Tx和Rx路徑上的插入損失
　　
　　一般來(lái)說(shuō)，發(fā)射模塊通過(guò)集成任意數(shù)目的開(kāi)關(guān)配置和內(nèi)部架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線開(kāi)關(guān)功能。常見(jiàn)的TxM模塊架構(gòu)包含兩個(gè)Tx路徑開(kāi)關(guān)和3或4個(gè)Rx路徑開(kāi)關(guān)，并通過(guò)一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)連接到天線。典型的配置采用SPXT或級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)。
　　
　　盡管早期的開(kāi)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(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)類似的或更好的性能。在各種開(kāi)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(guò)開(kāi)關(guān)的插入損失(IL)。
　　
　　通過(guò)對(duì)pHEMT開(kāi)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(hào)路徑上的插入損失降到最小。通過(guò)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(duì)PA輸出匹配和對(duì)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(kāi)關(guān)模塊)組合方案相比，這可給設(shè)計(jì)師帶來(lái)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(lái)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(kāi)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(jiàn)圖1)。

　　
　　圖1 插入損失之所以能減小，是因?yàn)槟銦o(wú)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。(見(jiàn)表1，使用RF7115和傳統(tǒng)雙波段/三波段ASM的Rx插入損失數(shù)據(jù)的柱狀圖比較。)
　　
　　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(kāi)發(fā)者所面臨的一個(gè)共同課題，這導(dǎo)致了越來(lái)越多的手機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的出現(xiàn)。我們已經(jīng)看到，這一基于平臺(tái)的開(kāi)發(fā)趨勢(shì)已越來(lái)越明顯，未來(lái)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(tái)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(tái)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(huì)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(tái)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(kāi)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(tái)，TxM所包含的性能可以通過(guò)由制造商制訂的電氣規(guī)范得到保證。這一點(diǎn)對(duì)典型的PA+ASM平臺(tái)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)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(kāi)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(duì)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(cè)到的諧波水平。通過(guò)保持這一接口的完整性，TxM設(shè)計(jì)師有更大的機(jī)會(huì)在極限條件下，甚至在不匹配的條件下來(lái)抑制諧波。例如，對(duì)TxM設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，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(jiàn)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。

　　
　　圖2：在4:1 VSWR時(shí)的諧波水平。
　　
　　靈活的收發(fā)器信號(hào)路由
　　
　　如前面所提到的，最新的TxM在設(shè)計(jì)中使用了pHEMT開(kāi)關(guān)。在天線開(kāi)關(guān)部分，使用pHEMT開(kāi)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(見(jiàn)圖3)。這使得可以獨(dú)立于任何特定的收發(fā)器來(lái)單獨(dú)使用GSMTxM。我們預(yù)測(cè)，這一點(diǎn)在ODM環(huán)境中特別有用，因?yàn)镺DM通常會(huì)基于基帶的選擇保留2到3種不同的收發(fā)器配置，但對(duì)于PA，一般僅會(huì)從主要的批量供應(yīng)商中選擇一家。