手機射頻和混合信號集成問(wèn)題解決方案

一直以來(lái)，蜂窩電話(huà)都使用超外差接收器和發(fā)射器。但是，隨著(zhù)對包含多標準(GSM、cdma2000和W-CDMA)的多模終端的需求不斷增長(cháng)，直接轉換接收器和發(fā)射器架構變得日趨流行。在過(guò)去十年中，集成電路技術(shù)取得長(cháng)足發(fā)展，使得在單一芯片上集成各種不同的RF、混合信號和基帶處理功能成為可能。

　　一個(gè)典型的蜂窩收發(fā)器(見(jiàn)圖)包括RF前端、混合信號部分和實(shí)際的基帶處理部分。就接收器而言，通常的架構選擇包括直接轉換到直流、極低中頻(IF)和直接采樣。直接轉換到直流的方法會(huì )受直流偏移和低頻噪音干擾，而低IF可以減輕這類(lèi)干擾，但鏡像抑制卻是一個(gè)關(guān)鍵性挑戰。RF的直接采樣則存在一些固有缺陷，如低頻噪音、寬帶信號的交疊以及動(dòng)態(tài)范圍需求。

　　在上述所有架構中，關(guān)鍵的挑戰是集成模擬和數字功能。一旦信號下變換為直流或極低中頻，不希望的干擾信號會(huì )伴隨有用信號產(chǎn)生，而且其強度明顯高于有用信號。對這種混合信號進(jìn)行數字化處理需要一個(gè)高動(dòng)態(tài)范圍的A/D轉換器，該轉換器必須具有出色的噪音和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍性能。以GSM通信為例，偏移載波3MHz處的干擾信號比有用信號高76dB，而偏移600KHz處的干擾信號比有用信號高56dB。這確定了A/D轉換器的上限。

　　此外，在參考靈敏度水平，A/D輸入端的有用信號可能只有1mV(-60dBV)。為了不降低噪音指數性能，量化噪音的基底必須足夠低，對1mV信號要求是在-80dBV。另一方面，CDMA和W-CDMA具有更低的信噪比要求，所以可容忍的量化噪音基底范圍相對較寬。

　　高動(dòng)態(tài)范圍的Σ-Δ轉換器可以從連續時(shí)間轉換器到離散采樣時(shí)間轉換器等不同類(lèi)型的器件中進(jìn)行選擇。連續時(shí)間A/D轉換器的優(yōu)勢是提供了抗交疊濾波器，它可以嵌入作為轉換器的一部分。而離散時(shí)間轉換器則需要在轉換器前放置一個(gè)抗交疊濾波器，以消除頻譜鏡像。

　　調制器的階數是影響動(dòng)態(tài)范圍的另一個(gè)設計參數。高階調制器可以增加動(dòng)態(tài)范圍，但會(huì )導致潛在的穩定性問(wèn)題。單位量化器與多位量化器之比也會(huì )影響動(dòng)態(tài)范圍特性。每個(gè)附加位可以提供6dB的動(dòng)態(tài)范圍，但這個(gè)拓撲結構需要在反饋通道中進(jìn)行不匹配修整，以獲得所需的動(dòng)態(tài)范圍。

　　圖1: 直接轉換到直流的架構受制于直流偏移和1/f噪音問(wèn)題。其它的蜂窩收發(fā)器架構包括極低IF和直接采樣。

　　在天線(xiàn)后端，盡早進(jìn)行數字化有助于獲得魯棒設計和更低的成本。模擬元件的寬容差要求可被免除，而數字模塊可以按數字工藝縮小幾何尺寸，從而減小芯片體積和相應成本。這還有助于走向真正的軟件無(wú)線(xiàn)電架構，其中A/D和數字后端模塊可以自動(dòng)適應CDMA、W-CDMA和GSM等標準。在選擇架構時(shí)必須考慮多模無(wú)線(xiàn)電新近提出的一些要求，如系統交接時(shí)W-CDMA和GSM要同時(shí)工作、為了提高容量要采用多樣性接收以及藍牙功能等。多個(gè)標準的同時(shí)工作將不允許功能模塊的復用，因而有可能增加裸片的尺寸和功耗。

　　高動(dòng)態(tài)范圍A/D靠一個(gè)高速采樣時(shí)鐘提供時(shí)鐘信號，所以在設計和布局階段必須仔細考慮基底噪音及RF前端的耦合噪聲。來(lái)自RF采樣時(shí)鐘諧波的干擾如果處在通道帶寬之內的話(huà)，可能會(huì )降低接收器的性能。一旦信號實(shí)現了數字化，一個(gè)公共的硬件平臺可用來(lái)提取期望信號，同時(shí)阻止干擾信號。幾項射頻功能，如直流偏移抵消、自動(dòng)增益控制和頻率偏移校正等，在實(shí)際的數據解調之前可以作為射頻的一部分被執行。這減輕了對DSP指令運算速度方面的要求，同時(shí)使無(wú)線(xiàn)電控制方式更加靈活。