手機射頻技術和手機射頻模塊基礎解讀

　　手機射頻模塊RF收發(fā)器

　　收發(fā)器是手機射頻的核心處理單元，主要包括收信單元和發(fā)信單元，前者完成對接收信號的放大，濾波和下變頻最終輸出基帶信號。通常采用零中頻和數(shù)字低中頻的方式實現(xiàn)射頻到基帶的變換;后者完成對基帶信號的上變頻、濾波、放大。主要采用二次變頻的方式實現(xiàn)基帶信號到射頻信號的變換。當射頻/中頻(RF/IF)IC接收信號時，收信單元接受自天線的信號(約800Hz～3GHz)經(jīng)放大、濾波與合成處理后，將射頻信號降頻為基帶，接著是基帶信號處理;而RF/IFIC發(fā)射信號時，則是將20KHz以下的基帶，進行升頻處理，轉換為射頻頻帶內的信號再發(fā)射出去。

　　前些年收發(fā)器領域廠家分為兩大類，一類是依托基頻平臺，將收發(fā)器作為平臺的一部分，如高通、NXP、飛思卡爾和聯(lián)發(fā)科。這是因為收發(fā)器與基頻的關系非常密切，兩者通常需要協(xié)同設計。另一類是專業(yè)的射頻廠家，不依靠基頻平臺來拓展收發(fā)器市場，如英飛凌、意法半導體、和Skyworks。

　　隨著收發(fā)器向集成化和多?；l(fā)展，單模的收發(fā)器已經(jīng)完全集成到基頻里。不同頻段和制式的射頻前端器件也一直在以不同的方式集生產(chǎn)。分立的RF收發(fā)器越來越少見。

　　手機射頻前端模塊(FEM)

　　前端模塊集成了開關和射頻濾波器，完成天線接收和發(fā)射的切換、頻段選擇、接收和發(fā)射射頻信號的濾波。在2GHz以下的頻段，許多射頻前端模塊以互補金屬氧化物半導體 (CMOS)、雙極結型晶體管 (BJT)、硅鍺 (SiGe)或Bipolar CMOS等硅集成電路制程設計，逐漸形成主流。由于硅集成電路具有成熟的制程，足以設計龐大復雜的電路，加上可以與中頻與基頻電路一起設計，因而有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ渌愘|結構晶體管亦在特殊用途的電路嶄露頭角;然而在5GHz以上的頻段，它在低噪聲特性、高功率輸出、功率增加效率的表現(xiàn)均遠較砷化鎵場效晶體管遜色，現(xiàn)階段砷化鎵場效晶體管制程仍在電性功能的表現(xiàn)上居優(yōu)勢。射頻前端模塊電路設計以往均著重功率放大器的設計，追求低電壓操作、高功率輸出、高功率增加效率，以符合使用低電壓電池，藉以縮小體積，同時達到省電的要求。功率增加效率與線性度往往無法兼顧，然而在大量使用數(shù)字調變技術下，如何保持良好的線性度，成為必然的研究重點。

　　比如，2013年初出現(xiàn)的高集成智能手機前端模塊，除了覆蓋傳統(tǒng)的GSM850、900、1800和1900 MHz頻段以外，還涵蓋WCDMA 第1、2、4和5頻段，以及LTE第2、4、5和17頻段。除三個聲表面波濾波器和五個雙工器以外，該模塊還包含頻段選擇開關和解碼器，同時在天線輸出端還帶有可防護高達4 kV的ESD保護電路。

　　手機RF模塊發(fā)展趨勢

　　隨著手機制造商繼續(xù)開發(fā)支持更多的頻段和精簡射頻架構的手機，將3G手機中使用的GSM、EDGE、WCDMA和HSPA等多種頻段和空中接口模塊整合在一個高度集成、經(jīng)過優(yōu)化的RF模塊中，已經(jīng)成為3G手機設計射頻方案的首選。

　　手機中的射頻(RF)前端將越來越多地采用集成模塊，因為它可以使子系統(tǒng)簡化、成本下降和尺寸縮小，為手機增加新功能、節(jié)省提供空間，并為實現(xiàn)單芯片前端解決方案創(chuàng)造條件。隨著前端模塊(FEMs)到射頻(RF)收發(fā)器模塊相繼投入使用，手機RF前端的整合之路一直在持續(xù)發(fā)展。事實上，早在RF收發(fā)器采用直接轉換或零中頻(ZIF)架構(先消除中頻段，隨后消除IF聲表面波濾波器)的時候，前端集成就已經(jīng)開始了。隨著收發(fā)器架構的演進，外部合成元件(即電壓控制振蕩器和鎖相環(huán))已經(jīng)被直接集成在收發(fā)器的芯片中。高集成度實現(xiàn)了成本的降低以及電路板尺寸的減小。向高集成度發(fā)展的趨勢沒有任何停止的跡象。不過，由于集成的途徑非常多，因此在設計時必須仔細加以考慮。

　　高通推出PA，完善其平臺化手機解決方案就是一個集成化的例子。此前手機平臺方案主要包括手機基帶芯片、應用處理器、射頻芯片、電源管理以及連接芯片，PA沒有在平臺方案內，而是有其單獨的供應商。高通推出PA，更多的是想使其解決方案更趨‘平臺化’。

　　近幾年來，聚焦射頻(RF)技術，提供射頻模塊最新動態(tài)的網(wǎng)站也越來越多。比如mouser 2013年初推出的射頻無線技術網(wǎng)站：http://www.mouser.cn/applications/rf-wireless-technology/幫助設計工程師挑選無線電頻率經(jīng)驗證的最新集成解決方案和即插即用模塊，并即時為現(xiàn)有應用增加無線功能。該解決方案中心匯聚了來自Skyworks、Murata、Panasonic和TexasInstruments等業(yè)界領先的制造商提供的最新射頻模塊。這些射頻解決方案同時按頻率范圍(1GHz以下、1-5GHz和5GHz以上)和協(xié)議(藍牙、ZigBee、Wi-Fi和GPS)兩種方式分類。