高性能RFIC應對下一代射頻系統設計挑戰

隨著(zhù)移動(dòng)數據業(yè)務(wù)的不斷增長(cháng)，以及移動(dòng)電視、Web2.0、多媒體在線(xiàn)游戲等諸多新型應用涌現，3GPP開(kāi)發(fā)出長(cháng)期演進(jìn)（LTE）規范,并提出了未來(lái)在20MHz帶寬上達到瞬時(shí)峰值下行100Mbps以及上行50Mbps的目標。LTE的發(fā)展前景吸引了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)注，芯片廠(chǎng)商、設備廠(chǎng)商以及運營(yíng)商紛紛積極響應。當前不景氣的經(jīng)濟環(huán)境似乎并沒(méi)有影響到業(yè)者的熱情，據悉，目前全球有超過(guò)18家運營(yíng)商宣布了LTE部署計劃。“我們預計，到2013年，運營(yíng)商僅在LTE基站設施方面就將投入86億美元。”ABI Research資深分析師Nadine Manjaror表示，對于已經(jīng)部署3G網(wǎng)絡(luò )的運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，接下來(lái)的5年時(shí)間里，LTE將是主要的投資驅動(dòng)力。

新一代無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的發(fā)展給RF架構帶來(lái)新的挑戰，ADI公司射頻與聯(lián)網(wǎng)器件業(yè)務(wù)開(kāi)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(shí)現更低的每比特成本；采用開(kāi)放接口網(wǎng)絡(luò )架構，同時(shí)限制手持設備的功耗；據首次試驗結果顯示，3.5G LTE下行鏈路數據速率效率是HSPA的三倍以上。如此的高數據速率能力要求更高帶寬調制能力，對EVM和本振時(shí)鐘的相位噪聲提出更嚴格的要求。

對于LTE無(wú)線(xiàn)發(fā)射機架構方面的總要求，Boylan總結出以下幾點(diǎn)：?jiǎn)屋d波LTE發(fā)射機可能與3G架構極其相似；EVM和頻譜質(zhì)量是關(guān)鍵規格；DAC的動(dòng)態(tài)范圍由發(fā)射的LTE(或WCDMA)載波數決定，對于高動(dòng)態(tài)范圍多載波設計，建議采用16位DAC；現在工業(yè)寬帶IQ調制器可提供必需的動(dòng)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N分頻合成器；為使頻譜質(zhì)量滿(mǎn)足高PAR OFDM要求，必須采用高線(xiàn)性度放大器和驅動(dòng)器放大器。

在接收機設計方面，Boylan強調：LTE接收機靈敏度級別與現有的3G設計相匹配(NF至5dB)；采用阻塞情形預測和區域部署來(lái)確定接收機動(dòng)態(tài)范圍、數字轉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計。

新授權的頻段增加了RFIC頻率和性能限制,更高的數據速率和更多的頻譜驅動(dòng)了對寬帶RFIC的需求。對于芯片廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，“盡早參與是全面理解新設計要求、并確保最先推出滿(mǎn)足要求的相關(guān)器件的關(guān)鍵。”ADI公司RFNC部業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Justin Littlefield表示，現有RF產(chǎn)品中很多都是根據下一代通信標準的要求和需求而開(kāi)發(fā)的。針對新的設計需求，ADI公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多款高性能、高集成度射頻器件，覆蓋整個(gè)RF信號鏈，幫助開(kāi)發(fā)人員應對下一代射頻系統設計挑戰。

例如，在多模終端方面，通常要求每一個(gè)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，這樣就導致成本、元件數量和PCB面積都增加。為解決這個(gè)問(wèn)題，ADI公司使用新的射頻體系結構，將寬帶發(fā)射器噪聲降低到無(wú)需SAW濾波器的程度，同時(shí)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，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(gè)芯片上，此外，還集成了VCO環(huán)路濾波器和LDO穩壓器。“這些器件簡(jiǎn)化了3G無(wú)線(xiàn)手機射頻部分的開(kāi)發(fā)過(guò)程，節省了成本和PCB面積。”他補充道，接收器部分提供的EVM性能滿(mǎn)足HSDPA技術(shù)要求，并且包括全自動(dòng)直流偏置控制。

為幫助手機設計人員更有效的管理無(wú)線(xiàn)手機功率、延長(cháng)電池壽命，并更好地處理復雜的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，它內置一個(gè)RMS檢波器和一個(gè)包絡(luò )檢測器，可進(jìn)行復雜信號的峰值因數測量，峰值因數高達11dBm，精度為±0.1dB，比同類(lèi)產(chǎn)品高出5倍。由于它的高集成度，電池壽命能延長(cháng)20%，而且無(wú)需查找表和準確控制發(fā)射功率電平所需的校正因數，手機制造商可以降低成本及開(kāi)發(fā)費用。

“一般的功率檢波器往往需要進(jìn)行昂貴的溫度校準，或通過(guò)查找表來(lái)補償大于1dB的溫度漂移，”Boylan指出，而ADI的ADL5513對數放大器針對RF/IF功率電平測量或控制的Tx/Rx應用而設計，提供80dB的動(dòng)態(tài)范圍，±3dB的對數一致性，在同類(lèi)對數放大器產(chǎn)品中，動(dòng)態(tài)范圍最寬。

在無(wú)線(xiàn)基礎設施方面，ADI的RF驅動(dòng)放大器ADL5321實(shí)現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(wú)線(xiàn)基礎設施設計。同競爭射頻放大器相比，ADL5321提高了信號線(xiàn)性度，并降低功耗。在基站、電臺或衛星設備等系統中應用時(shí)，ADL5321可以節省高達4個(gè)外部無(wú)源元件，不僅降低設計復雜度，而且使RF設計人員能更迅速地向市場(chǎng)推出高性?xún)r(jià)比設備。

對于直接變頻接收機來(lái)說(shuō)，要求能在復雜的現實(shí)干擾環(huán)境下保持最佳的接收機動(dòng)態(tài)范圍。針對下一代蜂窩與寬帶無(wú)線(xiàn)應用中的直接變頻接收機，ADI推出正交解調器與雙通道增益調整放大器——AD8366和ADL5380。其中，AD8366是首款雙通道數字控制增益調整放大器，能夠以最低的失真度處理最寬的信號帶寬，使無(wú)線(xiàn)電設計中的有源元件數量減少60%，大幅節省電路板空間及材料清單成本。ADL5380解調器是首款能夠工作在400MHz～6GHz的產(chǎn)品，“在不同頻率的無(wú)線(xiàn)電應用中，設計人員采用相同的器件即可。”Littlefield介紹，采用ADL5380解調器，可以滿(mǎn)足多種蜂窩和寬帶無(wú)線(xiàn)數據系統要求，符合CDMA、W-CDMA、TD-SCDMA、PHS、LTE與WiMAX標準。