射頻開(kāi)關(guān)優(yōu)化智能手機信號

　　用于智能手機應用的高擲數開(kāi)關(guān)通常采用GaAs偽晶高電子遷移率晶體管(pHEMT)工藝制造，不過(guò)這些產(chǎn)品也可能使用標準硅CMOS和絕緣硅(SOI)技術(shù)開(kāi)發(fā)。每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，而選擇通常取決于最終用戶(hù)的要求。

　　Skyworks Solutions公司最近開(kāi)發(fā)出多款高擲數的開(kāi)關(guān)，其中包括用于多頻段操作的單刀十擲開(kāi)關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，型號為SKY13362-389-LF的單刀十擲(SP10T)開(kāi)關(guān)支持多達5個(gè)3G蜂窩通信頻段。這種開(kāi)關(guān)由4個(gè)CMOS/TTL兼容的控制電壓所控制，集成了CMOS解碼器和GSM發(fā)送濾波器，可在單個(gè)+2.5V至+3.0VDC電源下工作，工作頻率范圍從0.4GHz至2.2GHz。從天線(xiàn)端口到收發(fā)器端口的典型插損值為0.5dB，天線(xiàn)端口到任一GSM發(fā)送端口的插損是1.1dB，天線(xiàn)到接收端口的插損也是1.1dB。隔離度至少17dB，最高32dB(取決于測量的是哪兩個(gè)端口)。這種開(kāi)關(guān)具有5μs的切換速度，在UMTS模式下測試時(shí)的輸入3階截取點(diǎn)為+61dBm或更高，開(kāi)關(guān)采用3.0x3.8mm扁平無(wú)引線(xiàn)(QFN)封裝供貨。

　　Skyworks Solutions公司推出的型號為SKY14152的前端模塊包含有集成式絕緣硅開(kāi)關(guān)和控制器、GSM發(fā)送濾波器和單頻段差分SAW接收濾波器。其中的開(kāi)關(guān)是一種單刀八擲(SP8T)元件，工作頻率范圍從0.4GHz至2.17GHz。在開(kāi)關(guān)的發(fā)送接收端口可以承受至少+27dBm的功率，典型的插損在0.7dB以下。任何兩個(gè)端口之間的隔離度至少有30dB。SKY14152模塊針對數據卡應用作了優(yōu)化，采用20引腳、3.2x3.2mm多芯片模塊(MCM)封裝供貨。

　　在一些手持式應用中，允許直接連接手機電池(具有正確的電源電壓范圍)的產(chǎn)品是很有用的。未來(lái)設計也可能從基于GPIO的控制接口轉為工業(yè)標準可編程接口中，以適應高擲數的天線(xiàn)開(kāi)關(guān)模塊應用。

　　隨著(zhù)3G多模和多頻架構的普及，對頻段/模式開(kāi)關(guān)的需求越來(lái)越多。高線(xiàn)性的頻段和/或模式開(kāi)關(guān)可以在寬帶碼分多址(WCDMA)信號通過(guò)天線(xiàn)開(kāi)關(guān)模塊發(fā)送出去之前，將該信號從功率放大器(PA)輸出端切換入合適的頻率雙工器。對頻段或模式開(kāi)關(guān)的要求取決于所選擇的功放架構。在單模架構場(chǎng)合，由于GSM發(fā)送通道和線(xiàn)性寬帶CDMA通道是分開(kāi)的，因此只要求頻段開(kāi)關(guān)能夠將WCDMA信號從功放輸出端傳遞到雙工器。在多模、多頻信號路徑架構場(chǎng)合，由于GSM和WCDMA信號通過(guò)同一功放發(fā)送，模式開(kāi)關(guān)必須能夠處理更大功率的飽和GSM調制信號。兩種功放架構一般都有一條高頻段和一條低頻段放大器鏈。在單模架構中，開(kāi)關(guān)只需用來(lái)選擇多個(gè)寬帶CDMA雙工器中的一個(gè)。

　　根據需要支持的寬帶CDMA頻段數量，頻段或模式開(kāi)關(guān)通常是單刀雙擲(SPDT)或單刀三擲(SP3T)配置。然而，在空間十分寶貴的設計中，這個(gè)功能可以合并為雙刀四擲(DP4T)開(kāi)關(guān)或雙刀五擲(DP5T)開(kāi)關(guān)，這樣的配置可以處理多達5個(gè)頻段。對這些開(kāi)關(guān)的要求取決于開(kāi)關(guān)必須處理的射頻信號電平。目標是提供足夠的線(xiàn)性度，不給系統增加由開(kāi)關(guān)引起的信號失真。

　　頻段開(kāi)關(guān)可同時(shí)用于前置功放和后置功放，因為在多頻段平臺中頻段會(huì )增加或合并。選擇pHEMT還是絕緣硅技術(shù)通常由實(shí)際控制電壓的大小決定。當控制電壓為2.8V或以上時(shí)，pHEMT技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。當射頻子系統使用較低電壓的邏輯信號(如1.8V)時(shí)，絕緣硅技術(shù)更加合適。與高擲數的開(kāi)關(guān)不同，低擲數的GaAs器件由于尺寸受限，通常不會(huì )采用電荷泵電路。

　　Skyworks Solutions公司提供的頻段/模式開(kāi)關(guān)產(chǎn)品包括適合低邏輯電平(1.8V控制邏輯)的絕緣硅器件和GaAs pHEMT器件。絕緣硅開(kāi)關(guān)器件包括SPDT型號SKY13330-397LF、SP3T型號SKY13345-368LF和雙刀四擲(DP4T)型號SKY14155-368LF等。GaAs pHEMT集成電路(IC)包括型號為SKY13351-378LF、SKY13320-374LF和SKY13321-360LF的SPDT開(kāi)關(guān)、型號為SKY13309-370LF和SKY13317-373LF的SP3T開(kāi)關(guān)以及型號為SKY14151-350LF的SP4T開(kāi)關(guān)。

　　在新興的無(wú)線(xiàn)手機和數據卡應用中，經(jīng)常會(huì )使用第二個(gè)或分集接收天線(xiàn)以及相關(guān)的接收機信號鏈。分集接收技術(shù)用于提高數據速率，特別是在數據吞吐量最關(guān)鍵的場(chǎng)合?；诔杀竞凸牡目紤]，實(shí)用的分集技術(shù)只應用于終端設備中的接收側，不包括發(fā)送信號路徑。根據所需支持的寬帶CDMA頻段數量，在分集天線(xiàn)處需要使用一個(gè)合適的開(kāi)關(guān)。在大多數情況下，要求使用SP3T、SP4T或單刀五擲(SP5T)開(kāi)關(guān)。與主要路徑天線(xiàn)使用的開(kāi)關(guān)相比，這些射頻開(kāi)關(guān)的承受功率要求要低一些，因為這些開(kāi)關(guān)不需要通過(guò)很高功率的發(fā)送機信號。

　　Skyworks公司針對分集應用設計了多款產(chǎn)品，SKY13322-375LF SP4T開(kāi)關(guān)、SKY14153-368LF SP4T開(kāi)關(guān)、SKY13345-368LF SP4T開(kāi)關(guān)和SKY14151-350LF SP4T開(kāi)關(guān)就是適合分集應用的一些最流行器件。將來(lái)的產(chǎn)品中還將包括SP5T開(kāi)關(guān)SKY13358-388LF。舉例來(lái)說(shuō)，型號為SKY13322-375LF的GaAs FET SP4T開(kāi)關(guān)可以工作在0.1GHz至6.0GHz頻率范圍，1GHz時(shí)的典型插損值為0.45dB，1GHz時(shí)的典型隔離度為28dB。這種開(kāi)關(guān)的1dB壓縮點(diǎn)(P1dB)為+30dBm，采用10引腳的微型引線(xiàn)框雙路封裝(MLPD)，尺寸為2x3mm。型號為SKY14151-350LF SP4T的分集開(kāi)關(guān)可以工作在0.1GHz至2.5GHz頻率范圍，1GHz時(shí)的隔離度為29dB，1GHz時(shí)的插損典型值為0.4dB。這款開(kāi)關(guān)還集成了解碼器，僅使用兩根TTL兼容的直流控制線(xiàn)來(lái)控制4個(gè)開(kāi)關(guān)端口。該開(kāi)關(guān)可以處理功率達+34.5dBm的900MHz射頻和功率達+31.5dBm的1.8GHz射頻信號。這是一種對稱(chēng)型開(kāi)關(guān)，專(zhuān)門(mén)針對GSM/WCDMA/EDGE作了優(yōu)化，可以在+2.5至+3.0VDC的單電源下工作，并采用3x3mm QFN封裝供貨。此外，4G標準對用于多入多出(MIMO)操作的第二副天線(xiàn)組件作了規定。在較簡(jiǎn)單的實(shí)現中，MIMO可以通過(guò)選擇更強的接收信號或合并兩個(gè)獨立天線(xiàn)端接收到的信號提高總的接收信號強度，從而促進(jìn)數據速率的提高。在較為復雜的實(shí)現中，MIMO可以用來(lái)在基站和手機之間同時(shí)傳送兩個(gè)(或多個(gè))獨立數據流。第4代蜂窩標準LTE的推出將驅動(dòng)更多的分集路徑配置，因為智能手機擴大了便攜式設備的數據吞吐能力。

　　在移動(dòng)連接方面，開(kāi)關(guān)對于信號路由和將不同無(wú)線(xiàn)信號連接到天線(xiàn)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。智能手機中的藍牙無(wú)線(xiàn)電、Wi-Fi連接和移動(dòng)電視接收功能都要求額外的開(kāi)關(guān)功能。近年來(lái)，智能手機類(lèi)設備中移動(dòng)連接的附加速率(更多功能以此速率添加到手機中)顯著(zhù)提高。藍牙和調頻收音機的附加率大于50%，全球定位系統(GPS)和Wi-Fi的附加率接近20%。在單個(gè)芯片中整合了多種通用移動(dòng)連接技術(shù)(藍牙、Wi-Fi和調頻收音機)的芯片組的推出進(jìn)一步推動(dòng)了這些附加功能的流行和普及。