TD-SCDMA與GSM雙模手機前端的多芯片實現(xiàn)

摘要:  本文提出了一種采用多芯片來實現(xiàn)TD-SCDMA/GSM雙模體制的手機前端設計,分析了該雙模體制的技術要點,并給出該體制手機終端電路的實現(xiàn)實例。
關鍵詞:  TD-SCDMA; GSM; 雙模

TD-SCDMA移動通信協(xié)議作為符合IMT-2000和3GPP規(guī)范的世界三大移動通信國際標準之一，有其獨特的技術優(yōu)勢。我國在移動通信方面擁有巨大的市場，因此TD-SCDMA移動通信協(xié)議的前景是樂觀的。但截至目前，GSM/GPRS手機用戶仍然占據(jù)相當大的市場份額，所以實現(xiàn)TD-SCDMA/GSM雙模體制的手機終端對于由GSM/GPRS向TD-SCDMA的平滑過渡是極具現(xiàn)實意義和應用前景的。

GSM網(wǎng)絡信號穿透能力強，因此在高樓林立的復雜環(huán)境中能帶來良好的通話質(zhì)量和通信覆蓋；而CDMA網(wǎng)絡的特點是系統(tǒng)容量特別大，同樣的頻率資源CDMA網(wǎng)的系統(tǒng)容量可以是模擬網(wǎng)的8~10倍、GSM網(wǎng)的3~4倍。CDMA特有的寬帶傳輸手段具有極強的抗干擾能力，并適用于在手機上開出高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務等優(yōu)勢。

與GSM不同的是,TD-SCDMA要求更高的動態(tài)范圍，由最小輸出功率和反射功率等級來確定發(fā)射通道的自動增益控制動態(tài)指標，快速功率控制環(huán)路以及功放(PA)的線性要求等等。表1給出了GSM和TD-SCDMA雙模體制有關的設計參數(shù)，更詳盡的內(nèi)容可以參考GSM和TD-SCDMA的協(xié)議標準。

中頻部分完成頻率變換和濾波的功能。具體而言，就是從接收信號中為GSM和TD-SCDMA提取信道，實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換等。這是GSM和TD-SCDMA雙模體制中硬件設計有較大差異的部分。圖1和圖2分別給出了符合GSM和TD-SCDMA規(guī)范的IF結(jié)構(gòu)。

圖1 GSM 的IF部分實現(xiàn)框圖

圖2 TD-SCDMA的IF部分實現(xiàn)框圖

由圖1和圖2我們可以看出兩者不方便使用同一個IF電路來完成處理。根據(jù)這個差異，我們可以想到用GSM/TD-SCDMA開關來將不同的信號區(qū)分開并且進行對應的處理。TD-SCDMA/GSM手機硬件平臺結(jié)構(gòu)主要由TD-SCDMA 和GSM各自獨立的RF收/發(fā)模塊、模擬基帶(LCR ABB)、數(shù)字基帶(LCR DBB)以及共用的應用處理器、電源管理模塊(PMU)以及外圍接口電路組成。由此設計整個TD-SCDMA/GSM雙模手機的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 GSM/TD-SCDMA雙模手機的整體結(jié)構(gòu)框圖

TD-SCDMA/GSM在高層協(xié)議框架以及軟件框架方面的不同均可以集中在SC140及ARM11組成的處理器中完成，這里我們主要關注TD-SCDMA/GSM的射頻前端、中頻部分的差異。

圖3中的GSM/TD-SCDMA開關根據(jù)GSM和TD-SCDMA頻段的不同，由不同頻帶的帶通濾波器(一個頻帶較高，濾出TD-SCDMA信號；一個頻帶較低濾出GSM信號)，選通開關和雙工器構(gòu)成，由選通開關上的選通電壓以及雙工器來決定4種工作模式，即：GSM的收(RX)發(fā)(TX)、TD-SCDMA的收(RX)發(fā)(TX)。這樣就很簡單的區(qū)分了兩種體制的雙模工作，便于兩種制式射頻前端和IF部分的"分而治之"。

經(jīng)過評估，我們在TD-SCDMA射頻前端設計時選用MAXIM公司的MAX2392和MAX2507芯片解決方案，在GSM的射頻前端設計時則選用Silicon公司的Si4212來進行設計。

圖4給出了多芯片TD-SCDMA和GSM雙模體制手機終端的收發(fā)部分實現(xiàn)框圖，部分外圍原件有所省略。其中TD-SCDMA的RF收發(fā)機工作頻率均為2010-2025MHz頻段，而GSM可以在850MHz、900MHz、1800MHz的頻段進行靈活選擇。

圖4 多芯片TD-SCDMA和GSM雙模體制手機終端的收發(fā)部分實現(xiàn)框圖

在PCB板設計時，要考慮傳輸線、信號完整性和電磁兼容性等方面的因素。以傳輸線設計為例：設Tr 為信號上升時間，Tpd 為信號線傳播延時。假設Tr≥4Tpd，說明信號在安全區(qū)域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd，則信號在不確定區(qū)域。如果Tr≤2Tpd，表示信號落在問題區(qū)域。對于落在不確定區(qū)域及問題區(qū)域的信號，就應當使用高速布線的方法減少可能出現(xiàn)問題的風險。

經(jīng)過驗證，本設計基本達到了設計要求。當然，本設計更主要的目的是為單芯片實現(xiàn)TD-SCDMA/GSM雙模射頻前端以及基帶處理提供一些技術經(jīng)驗。隨著3G牌照發(fā)放日程越來越緊迫和市場的樂觀估計，相信TD-SCDMA/GSM雙模制式的手機終端會發(fā)揮他重要的作用并得到市場的認可。

參考文獻:
ADI. TD-SCDMA UE射頻前端電路.V2.0.0