清除3G手機射頻集成道路上的障礙

摘要： 本文探討了手機設計從GSM到3G所面臨的射頻方面的諸多新問(wèn)題，并給出了完整的解決方案，從而大幅提升3G手機的射頻集成性能。

關(guān)鍵詞： 射頻；3G；手機；IC集成

時(shí)間對手機設計人員來(lái)說(shuō)始終是一種稀缺商品，而手機射頻部分的集成一直耗費著(zhù)過(guò)多的寶貴開(kāi)發(fā)資源。隨著(zhù)手機復雜性的增長(cháng)，射頻IC集成的負擔也在不斷加重。然而，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)手機OEM廠(chǎng)商開(kāi)始在他們的產(chǎn)品中增加EDGE和3G支持，射頻組件和子系統廠(chǎng)商再也不能將這一重擔推到OEM廠(chǎng)商身上。相反，射頻廠(chǎng)商現在開(kāi)始承擔這一責任。他們不僅需要減少組件數量并降低射頻子系統的成本，還需要提供問(wèn)題最少、功能強大的射頻前端子系統來(lái)加快上市時(shí)間，同時(shí)實(shí)現與上一代2G子系統相同的效益。

長(cháng)期以來(lái)，初始BOM成本的降低和尺寸的縮小一直是設計工作的重點(diǎn)(如圖1所示)。一般的蜂窩射頻路線(xiàn)圖將這一重點(diǎn)反映為部件的減少和成本的不斷降低。對于3G射頻子系統，需要從使用很多獨立射頻IC和前端組件、具有2個(gè)并行射頻路徑(一個(gè)用于GSM/GPRS/EDGE信號，另一個(gè)獨立路徑用于3G UMTS信號)的多芯片解決方案遷移到更加高度集成的最新產(chǎn)品系列(如圖2所示)。

圖1  3G技術(shù)的演進(jìn)表明大幅度減少組件數量是最終結果

圖2  總投資成本包括比平時(shí)通?？紤]的因素更多的因素

圖2所示的最終板卡部件數量減少、廠(chǎng)商整合和供應鏈整合效率可以幫助手機OEM廠(chǎng)商大幅度節約成本。然而，這只是手機生產(chǎn)商面臨的降低總投資成本(TCO)這一嚴峻挑戰的一部分內容。他們需要承擔很高的開(kāi)發(fā)成本，以及最先進(jìn)3G功能電話(huà)難以置信的復雜性所導致的有關(guān)生產(chǎn)質(zhì)量的成本。解決手機TCO方面的其他問(wèn)題需要一種新方法來(lái)設計射頻子系統。

與射頻子系統集成相關(guān)的開(kāi)發(fā)成本包括所有工程人員勞務(wù)成本。這些人員負責插入射頻IC、功率放大器、過(guò)濾器元件、低噪放大器和支持每種模式(GSM/EDGE/UMTS)以及每款電話(huà)型號的頻段需要的交換機。這些成本還包括創(chuàng )建或修改電話(huà)的第一層軟件以推動(dòng)所有的組件、匹配每個(gè)組件之間的阻抗，實(shí)現最佳無(wú)線(xiàn)性能以確保符合3GPP規范和運營(yíng)商要求的成本。這是所有頻段、模式和手機運行功率電平所必需的。這是一個(gè)高度重復的軟/硬件優(yōu)化工作，通常由芯片組廠(chǎng)商完成。他們?yōu)槭謾C設計人員提供參考設計來(lái)作為手機開(kāi)發(fā)工作的起點(diǎn)。然而，由于每個(gè)手機生產(chǎn)商面臨的差分其產(chǎn)品的巨大壓力，因此定制是必不可少的。在傳統的射頻子系統架構中，這種定制要求花費數月時(shí)間，開(kāi)發(fā)并測試完整的手機需要幾十位技能熟練的射頻工程師辛苦工作。

多模、多頻手機的復雜性為手機OEM廠(chǎng)商和合作伙伴帶來(lái)了很多生產(chǎn)挑戰。他們需要在將每款手機銷(xiāo)售給客戶(hù)之前要進(jìn)行全面的設計和測試。在組裝完手機PC主板并安裝所有必需的組件后，每部手機還必須利用軟件進(jìn)行編程，對手機進(jìn)行個(gè)性化以適應目標地區的使用。此外，它還必須有專(zhuān)門(mén)針對將要銷(xiāo)售手機的營(yíng)銷(xiāo)渠道(網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商、零售商或者虛擬網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商)設計的獨特“外觀(guān)”。然后必須通過(guò)軟件進(jìn)行校準，而且所有頻段、模式和功率電平必須經(jīng)過(guò)全面檢查，以確保每款手機都能正常運行，同時(shí)達到客戶(hù)對電池壽命的期望而不會(huì )生成干擾其他呼叫或運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的射頻信號。與生產(chǎn)流程有關(guān)的成本包括裝配時(shí)間的折舊費(與PC主板上的組件數量直接相關(guān))、軟件下載/校準時(shí)間、測試時(shí)間、最終生產(chǎn)量和調試以及修復故障手機的成本。(如表1所示)。

隨著(zhù)中端和高端手機中采用的頻段和模式數量的不斷增長(cháng)，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本達到了使用傳統射頻方法不可能接受的水平。處理那些不會(huì )直接受到《摩爾定律》(Moore’s law)影響的TCO部分是射頻子系統廠(chǎng)商面臨的新挑戰。迎接這個(gè)挑戰需要新的更智能的射頻子系統架構。

一種“更智能的”方法

飛思卡爾正在憑借公司稱(chēng)之為“extreme RF”或RFX的“智能射頻”方法應對這個(gè)挑戰。憑借RFX方法，飛思卡爾將“射頻智能”嵌入到子系統中，進(jìn)而從根本上改變了射頻子系統集成和生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。結果是大幅度加快了“首次呼叫的時(shí)間”，最大限度地縮短了電話(huà)校準和測試時(shí)間并提高了產(chǎn)量而不受新的3G和EDGE電話(huà)復雜性的影響。RFX方法的一個(gè)例子是飛思卡爾RFX275-20 EDGE射頻子系統(如圖3所示)。

圖3 飛思卡爾的RFX275-20 EDGE射頻子系統最大限度的降低BOM成本和體積

如圖3所示，RFX子系統中有兩個(gè)IC：
* MMM6000，一個(gè)高集成的GSM/GPRS/EDGE收發(fā)器；
* MMM6029，四頻段GSM/GPRS/EDGE功率放大器，帶開(kāi)關(guān)和電源控制。

除了顯而易見(jiàn)的高度集成外，該解決方案還最大限度地降低了BOM成本和大小。RFX275-20子系統利用DigRF接口來(lái)輕松、快速地連接大量市場(chǎng)上現有的基帶解決方案以及兩個(gè)獨特元件：專(zhuān)為最大限度地增加手機產(chǎn)量，同時(shí)提供較長(cháng)電池壽命設計的“PolarPlus”小信號極化發(fā)射機(與其它全極化架構相比)和RFX控制子系統。

RFX控制系統采用了一種新的編程方法，可顯著(zhù)縮短了設計新手機所需的開(kāi)發(fā)周期時(shí)間。根據用戶(hù)的反饋，首次呼叫時(shí)間縮短了66%，同時(shí)大大減少了第一層編程優(yōu)化所需的資源。傳統的射頻子系統需要工程師考慮收發(fā)器、功率放大器、交換機、低噪放大器、基帶處理器和電壓調節器之間的關(guān)鍵定時(shí)。而RFX控制器使用單一命令編程模式，可以減少校準步驟，保證系統符合要求，同時(shí)提高手機生產(chǎn)量。

總之，隨著(zhù)手機復雜性的不斷提高，與傳統射頻子系統集成相關(guān)的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)成本與手機生產(chǎn)商支付的實(shí)際IC成本不相上下了。由于這種趨勢，射頻組件供應商必須承擔更多目前由OEM客戶(hù)承擔的投資成本。他們必須使用飛思卡爾RFX 等創(chuàng )新解決方案來(lái)確保手機生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，因為他們支持更高帶寬實(shí)現的應用，包括音樂(lè )和視頻下載、移動(dòng)電視和基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。