RF7115發(fā)射模塊推進(jìn)手機(jī)系統(tǒng)設(shè)計集成

　　由于越來越多功能豐富的新型手機(jī)開始集成百萬像素數(shù)字相機(jī)、藍(lán)牙技術(shù)和多媒體功能，為了能夠讓更多的設(shè)計師快速完成這些日益復(fù)雜的新型手機(jī)終端的設(shè)計與開發(fā)，元器件解決方案供應(yīng)商在如何去滿足一些存在固有矛盾的設(shè)計要求方面面臨著挑戰(zhàn)。為了滿足這些市場需求，RF Micro Devices(RFMD)公司的設(shè)計人員開發(fā)出了RF7115發(fā)射模塊(TxM)。
　　
　　這種發(fā)射模塊使得GSM射頻前端向?qū)崿F(xiàn)全面集成又前進(jìn)了一步。作為該應(yīng)用市場的一家主要元件供應(yīng)商，我們見證了分立式射頻前端解決方案的設(shè)計復(fù)雜性，這一復(fù)雜性常常導(dǎo)致GSM手機(jī)制造商無法順利地進(jìn)入量產(chǎn)階段。這一體驗促使我們開發(fā)出了一種嵌入功率放大器(PA)裸片和匹配電路的模塊，并稱之為功率放大器模塊(PAM)。在此基礎(chǔ)上，我們又進(jìn)一步在PAM中嵌入了集成的功率控制，它可以替代復(fù)雜且敏感的控制環(huán)路，這一環(huán)路的設(shè)計目的是使PA輸出能夠很好地轉(zhuǎn)換成GMSK突發(fā)模板(burst template)。
　　
　　在GMSK模式，為了滿足ETSI規(guī)定的時序規(guī)范或限制，PA有突發(fā)時序要求。一個突發(fā)模板簡單來說就是TxM模塊控制信號的建議或?qū)崿F(xiàn)時序，它用來確保在一個發(fā)射突發(fā)脈沖的上升和下降階段，所有的ETSI限制都能得到滿足。這一革命性技術(shù)進(jìn)步可把電話平臺的開發(fā)時間縮短1/4。
　　
　　TxM的好處
　　
　　除了尺寸減小和元件數(shù)量減少等顯而易見的優(yōu)點之外，同分立實現(xiàn)方案相比，TxM還在哪些方面確實給設(shè)計者帶來了好處呢？
　　
　　降低Tx和Rx路徑上的插入損失
　　
　　一般來說，發(fā)射模塊通過集成任意數(shù)目的開關(guān)配置和內(nèi)部架構(gòu)來實現(xiàn)天線開關(guān)功能。常見的TxM模塊架構(gòu)包含兩個Tx路徑開關(guān)和3或4個Rx路徑開關(guān)，并通過一個公共節(jié)點連接到天線。典型的配置采用SPXT或級聯(lián)設(shè)計。
　　
　　盡管早期的開關(guān)模塊絕大部分采用PIN二極管實現(xiàn)，但較新的設(shè)計都利用定制pHEMT開關(guān)設(shè)計來實現(xiàn)類似的或更好的性能。在各種開關(guān)設(shè)計方案中，基于pHEMT的設(shè)計的一個切實好處是降低了通過開關(guān)的插入損失(IL)。
　　
　　通過對pHEMT開關(guān)的引腳和諧波匹配濾波器進(jìn)行精心的設(shè)計，可以把在Tx信號路徑上的插入損失降到最小。通過盡可能地降低插入損失，PA輸出功率可以更高效地傳送到天線。這在TxM中是可以做到的，因為設(shè)計者對PA輸出匹配和對匹配/網(wǎng)格(filet)及pHEMT輸入的控制有充分的了解。與目前的PAM和ASM(天線開關(guān)模塊)組合方案相比，這可給設(shè)計師帶來某種程度的靈活性。這是可能的，因為TxM設(shè)計師已經(jīng)不再被限制在50歐姆的輸出環(huán)境中。他可以選擇合適的阻抗來同放大器的輸出進(jìn)行匹配(典型值為2-4歐姆)，并把它直接同一個pHEMT開關(guān)相匹配。這意味著只使用了一個匹配網(wǎng)絡(luò)，因而可減少損失(見圖1)。

　　
　　圖1 插入損失之所以能減小，是因為你無需再執(zhí)行將PA輸出端和ASM輸入端的阻抗轉(zhuǎn)換到50歐姆的任務(wù)。這可減少高達(dá)0.5dB的發(fā)射鏈損失，從而可為GSM模式節(jié)省150mA，為PCS/DCS模式節(jié)省90mA。
　　
　　類似地，接收路徑(Rx)內(nèi)部匹配拓?fù)湟驳靡嬗?0歐姆轉(zhuǎn)換的消除，在TxM的Rx側(cè)可以得到同樣的好處。Rx插入損失的降低提高了Rx靈敏度。(見表1，使用RF7115和傳統(tǒng)雙波段/三波段ASM的Rx插入損失數(shù)據(jù)的柱狀圖比較。)
　　
　　改善諧波性能
　　
　　隨著上市時間的重要性不斷提高，設(shè)計復(fù)用已成為開發(fā)者所面臨的一個共同課題，這導(dǎo)致了越來越多的手機(jī)開發(fā)平臺的出現(xiàn)。我們已經(jīng)看到，這一基于平臺的開發(fā)趨勢已越來越明顯，未來許多手機(jī)設(shè)計都將采用射頻收發(fā)器和PA+ASM的組合解決方案。但當(dāng)把這個“知名”的平臺應(yīng)用于不同形狀因子的設(shè)計時卻遇到了很多困難。尤其是，蛤殼、糖棒和滑蓋形手機(jī)形狀因子都造成了天線與射頻modem之間的不匹配和PCB性能的變化。因此，在一個形狀因子下工作良好的平臺與在另一個形狀因子下的表現(xiàn)可能有很大差別，這通常會造成整體性能的下降。在這些情況下，天線差別通常是肇事元兇。
　　
　　射頻平臺設(shè)計師可以得益于擁有一個緊密控制的PA輸出、諧波濾波器和開關(guān)接口。TxM向設(shè)計師提供了一個受控的環(huán)境，從而設(shè)計師可以優(yōu)化從PA發(fā)出的諧波。這也使得該射頻設(shè)計變成了一個真正可以適應(yīng)各種形狀因子的平臺，TxM所包含的性能可以通過由制造商制訂的電氣規(guī)范得到保證。這一點對典型的PA+ASM平臺設(shè)計來說是完全做不到的。
　　
　　TxM是以解決大多數(shù)手機(jī)設(shè)計者面臨的一個設(shè)計困難而開發(fā)的。而且，即便在手機(jī)設(shè)計師完成了一個魯棒設(shè)計之后，對精密匹配的任何修改都可能嚴(yán)重改變阻抗并影響在天線上所測到的諧波水平。通過保持這一接口的完整性，TxM設(shè)計師有更大的機(jī)會在極限條件下，甚至在不匹配的條件下來抑制諧波。例如，對TxM設(shè)計來說，通?？梢詫崿F(xiàn)在所有極限條件下以低于-35dBm的諧波水平達(dá)到4:1的VSWR(電壓駐波比)(見圖2)。這產(chǎn)生了一個非常魯棒的解決方案，而且可以在許多不同的形狀因子考慮因素下使用。

　　
　　圖2：在4:1 VSWR時的諧波水平。
　　
　　靈活的收發(fā)器信號路由
　　
　　如前面所提到的，最新的TxM在設(shè)計中使用了pHEMT開關(guān)。在天線開關(guān)部分，使用pHEMT開關(guān)的優(yōu)點源于可以把Rx端口設(shè)置成路由所要求的任何方式。pHEMT輸入頻率響應(yīng)是寬帶的，事實上，它允許把任何端口指定為高波段或低波段(見圖3)。這使得可以獨立于任何特定的收發(fā)器來單獨使用GSMTxM。我們預(yù)測，這一點在ODM環(huán)境中特別有用，因為ODM通常會基于基帶的選擇保留2到3種不同的收發(fā)器配置，但對于PA，一般僅會從主要的批量供應(yīng)商中選擇一家。