高性能RFIC應(yīng)對下一代射頻系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)
新一代無線接入技術(shù)的發(fā)展給RF架構(gòu)帶來新的挑戰(zhàn),ADI公司射頻與聯(lián)網(wǎng)器件業(yè)務(wù)開發(fā)總裁David Boylan指出,3.5G LTE對基站和終端提出新的要求。例如:支持1.4~20MHz的可變信道帶寬,實現(xiàn)更低的每比特成本;采用開放接口網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),同時限制手持設(shè)備的功耗;據(jù)首次試驗結(jié)果顯示,3.5G LTE下行鏈路數(shù)據(jù)速率效率是HSPA的三倍以上。如此的高數(shù)據(jù)速率能力要求更高帶寬調(diào)制能力,對EVM和本振時鐘的相位噪聲提出更嚴格的要求。
對于LTE無線發(fā)射機架構(gòu)方面的總要求,Boylan總結(jié)出以下幾點:單載波LTE發(fā)射機可能與3G架構(gòu)極其相似;EVM和頻譜質(zhì)量是關(guān)鍵規(guī)格;DAC的動態(tài)范圍由發(fā)射的LTE(或WCDMA)載波數(shù)決定,對于高動態(tài)范圍多載波設(shè)計,建議采用16位DAC;現(xiàn)在工業(yè)寬帶IQ調(diào)制器可提供必需的動態(tài)范圍:SFDR=2/3(OIP3 - NSD)≥80dB;為獲得最佳EVM性能,可選擇集成了VCO的寬帶小數(shù)N分頻合成器;為使頻譜質(zhì)量滿足高PAR OFDM要求,必須采用高線性度放大器和驅(qū)動器放大器。
在接收機設(shè)計方面,Boylan強調(diào):LTE接收機靈敏度級別與現(xiàn)有的3G設(shè)計相匹配(NF至5dB);采用阻塞情形預(yù)測和區(qū)域部署來確定接收機動態(tài)范圍、數(shù)字轉(zhuǎn)換器分辨率和增益控制需求(AGC);由于3.5G和4G接收機需要更高的解調(diào)帶寬(≥20MHz),因而需要具有出色抗強干擾能力的更具魯棒性的設(shè)計。
新授權(quán)的頻段增加了RFIC頻率和性能限制,更高的數(shù)據(jù)速率和更多的頻譜驅(qū)動了對寬帶RFIC的需求。對于芯片廠商來說,“盡早參與是全面理解新設(shè)計要求、并確保最先推出滿足要求的相關(guān)器件的關(guān)鍵。”ADI公司RFNC部業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Justin Littlefield表示,現(xiàn)有RF產(chǎn)品中很多都是根據(jù)下一代通信標準的要求和需求而開發(fā)的。針對新的設(shè)計需求,ADI公司已經(jīng)開發(fā)出多款高性能、高集成度射頻器件,覆蓋整個RF信號鏈,幫助開發(fā)人員應(yīng)對下一代射頻系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)。
例如,在多模終端方面,通常要求每一個頻帶在發(fā)射和接收信號路徑上都需要聲表面波(SAW)濾波器,以消除阻塞干擾和減少從發(fā)射端到接收端信號泄漏所引起的性能降低。頻帶越多,需要的濾波器越多,這樣就導(dǎo)致成本、元件數(shù)量和PCB面積都增加。為解決這個問題,ADI公司使用新的射頻體系結(jié)構(gòu),將寬帶發(fā)射器噪聲降低到無需SAW濾波器的程度,同時提供足夠高的接收器性能以容忍大的關(guān)斷通道信號,從而也可省去射頻信號接收端的SAW濾波器。“我們的‘Othello-3’系列收發(fā)器采用新的電路架構(gòu),省去了所有的RF SAW濾波器。” Littlefield介紹,例如AD6551“Othello-3”以及AD6552“Othello-3T”,是將發(fā)射器與接收器集成在一個芯片上,此外,還集成了VCO環(huán)路濾波器和LDO穩(wěn)壓器。“這些器件簡化了3G無線手機射頻部分的開發(fā)過程,節(jié)省了成本和PCB面積。”他補充道,接收器部分提供的EVM性能滿足HSDPA技術(shù)要求,并且包括全自動直流偏置控制。
為幫助手機設(shè)計人員更有效的管理無線手機功率、延長電池壽命,并更好地處理復(fù)雜的3G和4G信號,ADI還推出業(yè)界首款單芯片、雙功能RF功率檢波器ADL5502,它內(nèi)置一個RMS檢波器和一個包絡(luò)檢測器,可進行復(fù)雜信號的峰值因數(shù)測量,峰值因數(shù)高達11dBm,精度為±0.1dB,比同類產(chǎn)品高出5倍。由于它的高集成度,電池壽命能延長20%,而且無需查找表和準確控制發(fā)射功率電平所需的校正因數(shù),手機制造商可以降低成本及開發(fā)費用。
“一般的功率檢波器往往需要進行昂貴的溫度校準,或通過查找表來補償大于1dB的溫度漂移,”Boylan指出,而ADI的ADL5513對數(shù)放大器針對RF/IF功率電平測量或控制的Tx/Rx應(yīng)用而設(shè)計,提供80dB的動態(tài)范圍,±3dB的對數(shù)一致性,在同類對數(shù)放大器產(chǎn)品中,動態(tài)范圍最寬。
在無線基礎(chǔ)設(shè)施方面,ADI的RF驅(qū)動放大器ADL5321實現(xiàn)了功耗與性能的最佳組合,適合用于LTE、WiMAX與WiBro的2.3 GHz~4.0 GHz無線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。同競爭射頻放大器相比,ADL5321提高了信號線性度,并降低功耗。在基站、電臺或衛(wèi)星設(shè)備等系統(tǒng)中應(yīng)用時,ADL5321可以節(jié)省高達4個外部無源元件,不僅降低設(shè)計復(fù)雜度,而且使RF設(shè)計人員能更迅速地向市場推出高性價比設(shè)備。
對于直接變頻接收機來說,要求能在復(fù)雜的現(xiàn)實干擾環(huán)境下保持最佳的接收機動態(tài)范圍。針對下一代蜂窩與寬帶無線應(yīng)用中的直接變頻接收機,ADI推出正交解調(diào)器與雙通道增益調(diào)整放大器——AD8366和ADL5380。其中,AD8366是首款雙通道數(shù)字控制增益調(diào)整放大器,能夠以最低的失真度處理最寬的信號帶寬,使無線電設(shè)計中的有源元件數(shù)量減少60%,大幅節(jié)省電路板空間及材料清單成本。ADL5380解調(diào)器是首款能夠工作在400MHz~6GHz的產(chǎn)品,“在不同頻率的無線電應(yīng)用中,設(shè)計人員采用相同的器件即可。”Littlefield介紹,采用ADL5380解調(diào)器,可以滿足多種蜂窩和寬帶無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)要求,符合CDMA、W-CDMA、TD-SCDMA、PHS、LTE與WiMAX標準。
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