高集成的60GHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片組

持續大容量數據需求年年顯著(zhù)增加，在一個(gè)持續的競賽中，技術(shù)和應用開(kāi)發(fā)者已經(jīng)采用越來(lái)越寬的帶寬，首先是語(yǔ)音，然后是數據，最顯著(zhù)的還有視頻都在驅動(dòng)這樣的需求。這個(gè)需求最明顯的是在移動(dòng)通信技術(shù)從AMPS到3G的升級，如今4G首次展示的容量是瞄準百萬(wàn)的智能手機和手持設備及其豐富的應用。同樣明顯的是家庭WiFi已經(jīng)從1到54Mbps成功過(guò)度，現在正在推進(jìn)數百兆的IEEE 802.11n和802.11ac。在技術(shù)開(kāi)發(fā)中滿(mǎn)足數據容量的需求方面，首要考慮的是可用頻譜。例如OFDM，MIMO，更高階的調制和更小蜂窩的應用，都是在一個(gè)給定的頻譜數量?jì)扔行У脑黾訑祿俾屎蛿祿萘康囊环N方式。

很多重要的開(kāi)發(fā)開(kāi)始用57-64GHz頻段，Hittite現在可以提供高集成的硅芯片方案。Hittite的HMC6000/6001芯片組不僅解決很多毫米波頻率關(guān)鍵的技術(shù)挑戰，而且可以提供數Gbps的60GHz通信turn-key連接方案

60GHz 應用

寬帶和高的帶內EIRP，加上長(cháng)距離的衰減特性，使得需要數Gbps數據容量的短距離應用引人注目的60GHz方案。這些包括室外metrocell/picocell回程連接的點(diǎn)對點(diǎn)無(wú)線(xiàn)方案，和室內數據連接應用比如無(wú)線(xiàn)數Gbps電纜的替代，HDMI，USB3.0，Thunderbolt等，無(wú)線(xiàn)的docking stations塢站和視頻/雜志信息亭?？捎玫母鼘拵捯策m合于機器人需要的短距離高精度的無(wú)線(xiàn)傳感器方面的應用。

幾個(gè)標準和工業(yè)小組已經(jīng)合并了60GHz包括IEEE802.ad和805.15.3c標準的應用，以及無(wú)線(xiàn)HD和WiGig聯(lián)盟。60GHz的許多優(yōu)勢和挑戰?；ヂ?lián)元件在PCB上在這些頻率是頗為困難且需要昂貴的板材。低成本的方案只能用芯片/封裝好的毫米波互聯(lián)器件。Hittite，作為WiGig的贊助會(huì )員，用一個(gè)高集成的芯片，把標準的基帶信號直接轉換到60GHz解決了這個(gè)難題，縮小了高頻元器件及其互聯(lián)在PCB上所占的面積。

Hittite的HMC6000發(fā)射機(圖 1a)包括所有需要的功能來(lái)把一個(gè)模擬IQ基帶信號上變頻到60GHz頻段，僅需要一個(gè)低頻的外置參考時(shí)鐘。用的是SiGe BiCMOS工藝，它有模擬I和Q都是帶DC耦合來(lái)抵消DC offset和載波泄露的差分輸入。它包括一個(gè)從57GHz到64GHz ISM波段調整的低相噪頻綜，根據參考輸入頻率步進(jìn)可以設置在500MHz到540MHz之間(1/4 IEEE信道間隔)。HMC6000也提供最高38dB可調增益來(lái)得到17dBm的飽和輸出功率和線(xiàn)性最高12dBm的輸出功率，明顯的高于目前的CMOS能達到的最大功率。差分射頻輸出提供了一個(gè)低損耗且高輸出效率的射頻變換。

HMC6001接收芯片(圖1b)接收的60GHz毫米波信號并把它轉換到差分的模擬基帶IQ信號輸出，所有必需的頻率產(chǎn)生器，濾波器，增益控制都設計到芯片里面了，包括一個(gè)可編程的高通濾波器可以幫助濾除殘余的DC Offset和本振泄露。HMC6001在最大增益時(shí)噪聲系數為6dB。表1是收發(fā)芯片性能的總結。一個(gè)簡(jiǎn)單的四線(xiàn)數字控制接口可實(shí)現信道選擇，增益控制，電路偏置和濾波器帶寬設置。

60GHz對相噪是較大的挑戰，主要來(lái)自參考源和VCO相噪倍頻到這么高的頻率，為避免噪聲系數的惡化，集成的相噪典型值應低于所需調制信號信噪比10dB。所幸60GHz使用的更快的符號速率，大家所擔心集成的相噪距離載波甚遠，例如WiGig 1.76GHz的符號速率，1MHz offset的相噪有明顯的影響。對于WiGig符號速率HMC6000和HMC6001有大致-25dBc可以滿(mǎn)足最高16QAM的調制。

Hittite既提供可外接天線(xiàn)的方案，也提供內置天線(xiàn)的方案，用這些芯片來(lái)幫助客戶(hù)把60GHz集成到他們的產(chǎn)品中。例如，Hittite HMC6000LP711E方案，參考圖2，整合了一個(gè)60GHz天線(xiàn)和毫米波發(fā)射芯片在一個(gè)低成本的7x11mm QFN塑封里面。這使得可以用廉價(jià)的標準的PCB表貼和組裝工藝來(lái)完成產(chǎn)品，又并非一定需要極專(zhuān)業(yè)的毫米波經(jīng)驗。HMC6001LP711E方案整合了毫米波接收機帶天線(xiàn)一起在一個(gè)封裝里面。

Hittite HMC6000/6001芯片組和封裝好的器件是理想的60GHz應用及整合，包括室外點(diǎn)對點(diǎn)連接和室內消費類(lèi)設備。圖3是一個(gè)典型的通過(guò)60GHz鏈接點(diǎn)對點(diǎn)微波傳輸幾個(gè)Gbps以太網(wǎng)數據流框圖。這些是全雙工的連接，雙工器常被用到必要的收發(fā)兩路的隔離，同時(shí)又共用一個(gè)高增益天線(xiàn)。早期60GHz點(diǎn)對點(diǎn)系統需要很多分離器件來(lái)構造的無(wú)線(xiàn)部分非常昂貴，尺寸較大，功耗較高。Hittite的集成套片方案把無(wú)線(xiàn)部分用兩個(gè)芯片和一個(gè)晶振，以及互聯(lián)挑戰被降低到兩個(gè)近距離傳輸線(xiàn)到雙工器。

圖4是面對符合WiGig標準的消費類(lèi)Gbps應用的框圖?？捎酶鞣N高速數字接口，包括GigE，USB，HDMI，甚至PCIe。為了滿(mǎn)足消費類(lèi)市場(chǎng)價(jià)格，MAC和PHY功能應集成到一個(gè)ASIC，ADC和DAC工作在Gbps采樣率，至少兩倍于調制用的符號速率。為達到最小功耗和成本，這些數據轉換器也應作為基帶的一部分集成到ASIC中。由于WiGig用TDD復用，因此這類(lèi)應用不需要雙工器。點(diǎn)對地鏈接的高增益天線(xiàn)可以被小尺寸低增益天線(xiàn)取代，路徑距離受房間面積限制。

為最小化60GHz傳輸線(xiàn)到天線(xiàn)那段的損耗，集成天線(xiàn)是比較理想的做法。差分的基帶接口跟Hittite 提供的集成套片一起使得ASIC和優(yōu)化的天線(xiàn)位置分開(kāi)成為可能。

收發(fā)信機評估套件

為更容易的評估Hittite 60GHz套片和簡(jiǎn)化客戶(hù)樣機的系統開(kāi)發(fā)，Hittite提供評估集成天線(xiàn)和帶天線(xiàn)接口兩種配置。HMC6450是一個(gè)60GHz的AiP內置天線(xiàn)的收發(fā)信機評估套件，參考圖5。HMC6450包括兩個(gè)板子，分別為HMC6000LP711E發(fā)射機和HMC6001LP711E接收機。跟配置軟件一起用統一的模擬IQ接口提供快速的雙向60GHz鏈接設置。HMC6541是一個(gè)60GHz MMPX收發(fā)信機評估套件，和 60GHz接口的Snap-on MMPX連接器(參考下圖)一起提供相同功能。

不需要許可證的60GHz頻譜提供一個(gè)絕佳的機會(huì )來(lái)滿(mǎn)足今天不斷增長(cháng)的數據容量需求。Hittite現在提供一個(gè)高度集成的HMC6000/6001全硅收發(fā)信套片瞄準60GHz應用，例如picocell回傳，短距離數Gbps數據速率室內通信鏈接。60GHz套片提供所有的必要的功能來(lái)轉換IQ基帶模擬信號到60GHz ISM波段，僅需用一個(gè)外置低頻參考時(shí)鐘振蕩器。為易于使用，芯片還提供集成天線(xiàn)和外接天線(xiàn)兩種方案。HMC6000/6001LP711E集成天線(xiàn)方案整合了60GHz天線(xiàn)和收發(fā)信機到一個(gè)低成本塑料的QFN封裝里面。 欲了解更多詳情，請致電Hittite公司授權代理商世強電訊。