TD-SCDMA與GSM雙模手機(jī)前端的多芯片實(shí)現(xiàn)

摘要:  本文提出了一種采用多芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA/GSM雙模體制的手機(jī)前端設(shè)計(jì),分析了該雙模體制的技術(shù)要點(diǎn),并給出該體制手機(jī)終端電路的實(shí)現(xiàn)實(shí)例。
關(guān)鍵詞:  TD-SCDMA; GSM; 雙模

TD-SCDMA移動(dòng)通信協(xié)議作為符合IMT-2000和3GPP規(guī)范的世界三大移動(dòng)通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一，有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)在移動(dòng)通信方面擁有巨大的市場(chǎng)，因此TD-SCDMA移動(dòng)通信協(xié)議的前景是樂(lè)觀的。但截至目前，GSM/GPRS手機(jī)用戶仍然占據(jù)相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，所以實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA/GSM雙模體制的手機(jī)終端對(duì)于由GSM/GPRS向TD-SCDMA的平滑過(guò)渡是極具現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景的。

GSM網(wǎng)絡(luò)信號(hào)穿透能力強(qiáng)，因此在高樓林立的復(fù)雜環(huán)境中能帶來(lái)良好的通話質(zhì)量和通信覆蓋；而CDMA網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)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(qiáng)的抗干擾能力，并適用于在手機(jī)上開(kāi)出高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)等優(yōu)勢(shì)。

與GSM不同的是,TD-SCDMA要求更高的動(dòng)態(tài)范圍，由最小輸出功率和反射功率等級(jí)來(lái)確定發(fā)射通道的自動(dòng)增益控制動(dòng)態(tài)指標(biāo)，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(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，更詳盡的內(nèi)容可以參考GSM和TD-SCDMA的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

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(hào)中為GSM和TD-SCDMA提取信道，實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換等。這是GSM和TD-SCDMA雙模體制中硬件設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)框圖

圖2 TD-SCDMA的IF部分實(shí)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(gè)IF電路來(lái)完成處理。根據(jù)這個(gè)差異，我們可以想到用GSM/TD-SCDMA開(kāi)關(guān)來(lái)將不同的信號(hào)區(qū)分開(kāi)并且進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理。TD-SCDMA/GSM手機(jī)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要由TD-SCDMA 和GSM各自獨(dú)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(yīng)用處理器、電源管理模塊(PMU)以及外圍接口電路組成。由此設(shè)計(jì)整個(gè)TD-SCDMA/GSM雙模手機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 GSM/TD-SCDMA雙模手機(jī)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(guān)注TD-SCDMA/GSM的射頻前端、中頻部分的差異。

圖3中的GSM/TD-SCDMA開(kāi)關(guān)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(gè)頻帶較高，濾出TD-SCDMA信號(hào)；一個(gè)頻帶較低濾出GSM信號(hào))，選通開(kāi)關(guān)和雙工器構(gòu)成，由選通開(kāi)關(guān)上的選通電壓以及雙工器來(lái)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(jiǎn)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(guò)評(píng)估，我們?cè)赥D-SCDMA射頻前端設(shè)計(jì)時(shí)選用MAXIM公司的MAX2392和MAX2507芯片解決方案，在GSM的射頻前端設(shè)計(jì)時(shí)則選用Silicon公司的Si4212來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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

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

在PCB板設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮傳輸線、信號(hào)完整性和電磁兼容性等方面的因素。以傳輸線設(shè)計(jì)為例：設(shè)Tr 為信號(hào)上升時(shí)間，Tpd 為信號(hào)線傳播延時(shí)。假設(shè)Tr≥4Tpd，說(shuō)明信號(hào)在安全區(qū)域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd，則信號(hào)在不確定區(qū)域。如果Tr≤2Tpd，表示信號(hào)落在問(wèn)題區(qū)域。對(duì)于落在不確定區(qū)域及問(wèn)題區(qū)域的信號(hào)，就應(yīng)當(dāng)使用高速布線的方法減少可能出現(xiàn)問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)更主要的目的是為單芯片實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA/GSM雙模射頻前端以及基帶處理提供一些技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。隨著3G牌照發(fā)放日程越來(lái)越緊迫和市場(chǎng)的樂(lè)觀估計(jì)，相信TD-SCDMA/GSM雙模制式的手機(jī)終端會(huì)發(fā)揮他重要的作用并得到市場(chǎng)的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn):
ADI. TD-SCDMA UE射頻前端電路.V2.0.0