清除3G手機(jī)射頻集成道路上的障礙

摘要： 本文探討了手機(jī)設(shè)計(jì)從GSM到3G所面臨的射頻方面的諸多新問題，并給出了完整的解決方案，從而大幅提升3G手機(jī)的射頻集成性能。

關(guān)鍵詞： 射頻；3G；手機(jī)；IC集成

時間對手機(jī)設(shè)計(jì)人員來說始終是一種稀缺商品，而手機(jī)射頻部分的集成一直耗費(fèi)著過多的寶貴開發(fā)資源。隨著手機(jī)復(fù)雜性的增長，射頻IC集成的負(fù)擔(dān)也在不斷加重。然而，隨著無線手機(jī)OEM廠商開始在他們的產(chǎn)品中增加EDGE和3G支持，射頻組件和子系統(tǒng)廠商再也不能將這一重?fù)?dān)推到OEM廠商身上。相反，射頻廠商現(xiàn)在開始承擔(dān)這一責(zé)任。他們不僅需要減少組件數(shù)量并降低射頻子系統(tǒng)的成本，還需要提供問題最少、功能強(qiáng)大的射頻前端子系統(tǒng)來加快上市時間，同時實(shí)現(xiàn)與上一代2G子系統(tǒng)相同的效益。

長期以來，初始BOM成本的降低和尺寸的縮小一直是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)(如圖1所示)。一般的蜂窩射頻路線圖將這一重點(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(tǒng)，需要從使用很多獨(dú)立射頻IC和前端組件、具有2個并行射頻路徑(一個用于GSM/GPRS/EDGE信號，另一個獨(dú)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(shù)量是最終結(jié)果

圖2  總投資成本包括比平時通?？紤]的因素更多的因素

圖2所示的最終板卡部件數(shù)量減少、廠商整合和供應(yīng)鏈整合效率可以幫助手機(jī)OEM廠商大幅度節(jié)約成本。然而，這只是手機(jī)生產(chǎn)商面臨的降低總投資成本(TCO)這一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的一部分內(nèi)容。他們需要承擔(dān)很高的開發(fā)成本，以及最先進(jìn)3G功能電話難以置信的復(fù)雜性所導(dǎo)致的有關(guān)生產(chǎn)質(zhì)量的成本。解決手機(jī)TCO方面的其他問題需要一種新方法來設(shè)計(jì)射頻子系統(tǒng)。

與射頻子系統(tǒng)集成相關(guān)的開發(fā)成本包括所有工程人員勞務(wù)成本。這些人員負(fù)責(zé)插入射頻IC、功率放大器、過濾器元件、低噪放大器和支持每種模式(GSM/EDGE/UMTS)以及每款電話型號的頻段需要的交換機(jī)。這些成本還包括創(chuàng)建或修改電話的第一層軟件以推動所有的組件、匹配每個組件之間的阻抗，實(shí)現(xiàn)最佳無線性能以確保符合3GPP規(guī)范和運(yùn)營商要求的成本。這是所有頻段、模式和手機(jī)運(yùn)行功率電平所必需的。這是一個高度重復(fù)的軟/硬件優(yōu)化工作，通常由芯片組廠商完成。他們?yōu)槭謾C(jī)設(shè)計(jì)人員提供參考設(shè)計(jì)來作為手機(jī)開發(fā)工作的起點(diǎn)。然而，由于每個手機(jī)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(tǒng)的射頻子系統(tǒng)架構(gòu)中，這種定制要求花費(fèi)數(shù)月時間，開發(fā)并測試完整的手機(jī)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(jī)的復(fù)雜性為手機(jī)OEM廠商和合作伙伴帶來了很多生產(chǎn)挑戰(zhàn)。他們需要在將每款手機(jī)銷售給客戶之前要進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和測試。在組裝完手機(jī)PC主板并安裝所有必需的組件后，每部手機(jī)還必須利用軟件進(jìn)行編程，對手機(jī)進(jìn)行個性化以適應(yīng)目標(biāo)地區(qū)的使用。此外，它還必須有專門針對將要銷售手機(jī)的營銷渠道(網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、零售商或者虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商)設(shè)計(jì)的獨(dú)特“外觀”。然后必須通過軟件進(jìn)行校準(zhǔn)，而且所有頻段、模式和功率電平必須經(jīng)過全面檢查，以確保每款手機(jī)都能正常運(yùn)行，同時達(dá)到客戶對電池壽命的期望而不會生成干擾其他呼叫或運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的射頻信號。與生產(chǎn)流程有關(guān)的成本包括裝配時間的折舊費(fèi)(與PC主板上的組件數(shù)量直接相關(guān))、軟件下載/校準(zhǔn)時間、測試時間、最終生產(chǎn)量和調(diào)試以及修復(fù)故障手機(jī)的成本。(如表1所示)。

隨著中端和高端手機(jī)中采用的頻段和模式數(shù)量的不斷增長，開發(fā)和生產(chǎn)成本達(dá)到了使用傳統(tǒng)射頻方法不可能接受的水平。處理那些不會直接受到《摩爾定律》(Moore’s law)影響的TCO部分是射頻子系統(tǒng)廠商面臨的新挑戰(zhàn)。迎接這個挑戰(zhàn)需要新的更智能的射頻子系統(tǒng)架構(gòu)。

一種“更智能的”方法

飛思卡爾正在憑借公司稱之為“extreme RF”或RFX的“智能射頻”方法應(yīng)對這個挑戰(zhàn)。憑借RFX方法，飛思卡爾將“射頻智能”嵌入到子系統(tǒng)中，進(jìn)而從根本上改變了射頻子系統(tǒng)集成和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果是大幅度加快了“首次呼叫的時間”，最大限度地縮短了電話校準(zhǔn)和測試時間并提高了產(chǎn)量而不受新的3G和EDGE電話復(fù)雜性的影響。RFX方法的一個例子是飛思卡爾RFX275-20 EDGE射頻子系統(tǒng)(如圖3所示)。

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

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

除了顯而易見的高度集成外，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(tǒng)利用DigRF接口來輕松、快速地連接大量市場上現(xiàn)有的基帶解決方案以及兩個獨(dú)特元件：專為最大限度地增加手機(jī)產(chǎn)量，同時提供較長電池壽命設(shè)計(jì)的“PolarPlus”小信號極化發(fā)射機(jī)(與其它全極化架構(gòu)相比)和RFX控制子系統(tǒng)。

RFX控制系統(tǒng)采用了一種新的編程方法，可顯著縮短了設(shè)計(jì)新手機(jī)所需的開發(fā)周期時間。根據(jù)用戶的反饋，首次呼叫時間縮短了66%，同時大大減少了第一層編程優(yōu)化所需的資源。傳統(tǒng)的射頻子系統(tǒng)需要工程師考慮收發(fā)器、功率放大器、交換機(jī)、低噪放大器、基帶處理器和電壓調(diào)節(jié)器之間的關(guān)鍵定時。而RFX控制器使用單一命令編程模式，可以減少校準(zhǔn)步驟，保證系統(tǒng)符合要求，同時提高手機(jī)生產(chǎn)量。

總之，隨著手機(jī)復(fù)雜性的不斷提高，與傳統(tǒng)射頻子系統(tǒng)集成相關(guān)的生產(chǎn)和開發(fā)成本與手機(jī)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(yīng)商必須承擔(dān)更多目前由OEM客戶承擔(dān)的投資成本。他們必須使用飛思卡爾RFX 等創(chuàng)新解決方案來確保手機(jī)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)樗麄冎С指邘拰?shí)現(xiàn)的應(yīng)用，包括音樂和視頻下載、移動電視和基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。