射頻開關(guān)優(yōu)化智能手機信號

　　用于智能手機應(yīng)用的高擲數(shù)開關(guān)通常采用GaAs偽晶高電子遷移率晶體管(pHEMT)工藝制造，不過這些產(chǎn)品也可能使用標準硅CMOS和絕緣硅(SOI)技術(shù)開發(fā)。每種方法都有優(yōu)缺點，而選擇通常取決于最終用戶的要求。

　　Skyworks Solutions公司最近開發(fā)出多款高擲數(shù)的開關(guān)，其中包括用于多頻段操作的單刀十擲開關(guān)。舉例來說，型號為SKY13362-389-LF的單刀十擲(SP10T)開關(guān)支持多達5個3G蜂窩通信頻段。這種開關(guān)由4個CMOS/TTL兼容的控制電壓所控制，集成了CMOS解碼器和GSM發(fā)送濾波器，可在單個+2.5V至+3.0VDC電源下工作，工作頻率范圍從0.4GHz至2.2GHz。從天線端口到收發(fā)器端口的典型插損值為0.5dB，天線端口到任一GSM發(fā)送端口的插損是1.1dB，天線到接收端口的插損也是1.1dB。隔離度至少17dB，最高32dB(取決于測量的是哪兩個端口)。這種開關(guān)具有5μs的切換速度，在UMTS模式下測試時的輸入3階截取點為+61dBm或更高，開關(guān)采用3.0x3.8mm扁平無引線(QFN)封裝供貨。

　　Skyworks Solutions公司推出的型號為SKY14152的前端模塊包含有集成式絕緣硅開關(guān)和控制器、GSM發(fā)送濾波器和單頻段差分SAW接收濾波器。其中的開關(guān)是一種單刀八擲(SP8T)元件，工作頻率范圍從0.4GHz至2.17GHz。在開關(guān)的發(fā)送接收端口可以承受至少+27dBm的功率，典型的插損在0.7dB以下。任何兩個端口之間的隔離度至少有30dB。SKY14152模塊針對數(shù)據(jù)卡應(yīng)用作了優(yōu)化，采用20引腳、3.2x3.2mm多芯片模塊(MCM)封裝供貨。

　　在一些手持式應(yīng)用中，允許直接連接手機電池(具有正確的電源電壓范圍)的產(chǎn)品是很有用的。未來設(shè)計也可能從基于GPIO的控制接口轉(zhuǎn)為工業(yè)標準可編程接口中，以適應(yīng)高擲數(shù)的天線開關(guān)模塊應(yīng)用。

　　隨著3G多模和多頻架構(gòu)的普及，對頻段/模式開關(guān)的需求越來越多。高線性的頻段和/或模式開關(guān)可以在寬帶碼分多址(WCDMA)信號通過天線開關(guān)模塊發(fā)送出去之前，將該信號從功率放大器(PA)輸出端切換入合適的頻率雙工器。對頻段或模式開關(guān)的要求取決于所選擇的功放架構(gòu)。在單模架構(gòu)場合，由于GSM發(fā)送通道和線性寬帶CDMA通道是分開的，因此只要求頻段開關(guān)能夠?qū)CDMA信號從功放輸出端傳遞到雙工器。在多模、多頻信號路徑架構(gòu)場合，由于GSM和WCDMA信號通過同一功放發(fā)送，模式開關(guān)必須能夠處理更大功率的飽和GSM調(diào)制信號。兩種功放架構(gòu)一般都有一條高頻段和一條低頻段放大器鏈。在單模架構(gòu)中，開關(guān)只需用來選擇多個寬帶CDMA雙工器中的一個。

　　根據(jù)需要支持的寬帶CDMA頻段數(shù)量，頻段或模式開關(guān)通常是單刀雙擲(SPDT)或單刀三擲(SP3T)配置。然而，在空間十分寶貴的設(shè)計中，這個功能可以合并為雙刀四擲(DP4T)開關(guān)或雙刀五擲(DP5T)開關(guān)，這樣的配置可以處理多達5個頻段。對這些開關(guān)的要求取決于開關(guān)必須處理的射頻信號電平。目標是提供足夠的線性度，不給系統(tǒng)增加由開關(guān)引起的信號失真。

　　頻段開關(guān)可同時用于前置功放和后置功放，因為在多頻段平臺中頻段會增加或合并。選擇pHEMT還是絕緣硅技術(shù)通常由實際控制電壓的大小決定。當控制電壓為2.8V或以上時，pHEMT技術(shù)是一個很好的選擇。當射頻子系統(tǒng)使用較低電壓的邏輯信號(如1.8V)時，絕緣硅技術(shù)更加合適。與高擲數(shù)的開關(guān)不同，低擲數(shù)的GaAs器件由于尺寸受限，通常不會采用電荷泵電路。

　　Skyworks Solutions公司提供的頻段/模式開關(guān)產(chǎn)品包括適合低邏輯電平(1.8V控制邏輯)的絕緣硅器件和GaAs pHEMT器件。絕緣硅開關(guān)器件包括SPDT型號SKY13330-397LF、SP3T型號SKY13345-368LF和雙刀四擲(DP4T)型號SKY14155-368LF等。GaAs pHEMT集成電路(IC)包括型號為SKY13351-378LF、SKY13320-374LF和SKY13321-360LF的SPDT開關(guān)、型號為SKY13309-370LF和SKY13317-373LF的SP3T開關(guān)以及型號為SKY14151-350LF的SP4T開關(guān)。

　　在新興的無線手機和數(shù)據(jù)卡應(yīng)用中，經(jīng)常會使用第二個或分集接收天線以及相關(guān)的接收機信號鏈。分集接收技術(shù)用于提高數(shù)據(jù)速率，特別是在數(shù)據(jù)吞吐量最關(guān)鍵的場合?；诔杀竞凸牡目紤]，實用的分集技術(shù)只應(yīng)用于終端設(shè)備中的接收側(cè)，不包括發(fā)送信號路徑。根據(jù)所需支持的寬帶CDMA頻段數(shù)量，在分集天線處需要使用一個合適的開關(guān)。在大多數(shù)情況下，要求使用SP3T、SP4T或單刀五擲(SP5T)開關(guān)。與主要路徑天線使用的開關(guān)相比，這些射頻開關(guān)的承受功率要求要低一些，因為這些開關(guān)不需要通過很高功率的發(fā)送機信號。

　　Skyworks公司針對分集應(yīng)用設(shè)計了多款產(chǎn)品，SKY13322-375LF SP4T開關(guān)、SKY14153-368LF SP4T開關(guān)、SKY13345-368LF SP4T開關(guān)和SKY14151-350LF SP4T開關(guān)就是適合分集應(yīng)用的一些最流行器件。將來的產(chǎn)品中還將包括SP5T開關(guān)SKY13358-388LF。舉例來說，型號為SKY13322-375LF的GaAs FET SP4T開關(guān)可以工作在0.1GHz至6.0GHz頻率范圍，1GHz時的典型插損值為0.45dB，1GHz時的典型隔離度為28dB。這種開關(guān)的1dB壓縮點(P1dB)為+30dBm，采用10引腳的微型引線框雙路封裝(MLPD)，尺寸為2x3mm。型號為SKY14151-350LF SP4T的分集開關(guān)可以工作在0.1GHz至2.5GHz頻率范圍，1GHz時的隔離度為29dB，1GHz時的插損典型值為0.4dB。這款開關(guān)還集成了解碼器，僅使用兩根TTL兼容的直流控制線來控制4個開關(guān)端口。該開關(guān)可以處理功率達+34.5dBm的900MHz射頻和功率達+31.5dBm的1.8GHz射頻信號。這是一種對稱型開關(guān)，專門針對GSM/WCDMA/EDGE作了優(yōu)化，可以在+2.5至+3.0VDC的單電源下工作，并采用3x3mm QFN封裝供貨。此外，4G標準對用于多入多出(MIMO)操作的第二副天線組件作了規(guī)定。在較簡單的實現(xiàn)中，MIMO可以通過選擇更強的接收信號或合并兩個獨立天線端接收到的信號提高總的接收信號強度，從而促進數(shù)據(jù)速率的提高。在較為復(fù)雜的實現(xiàn)中，MIMO可以用來在基站和手機之間同時傳送兩個(或多個)獨立數(shù)據(jù)流。第4代蜂窩標準LTE的推出將驅(qū)動更多的分集路徑配置，因為智能手機擴大了便攜式設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐能力。

　　在移動連接方面，開關(guān)對于信號路由和將不同無線信號連接到天線來說至關(guān)重要。智能手機中的藍牙無線電、Wi-Fi連接和移動電視接收功能都要求額外的開關(guān)功能。近年來，智能手機類設(shè)備中移動連接的附加速率(更多功能以此速率添加到手機中)顯著提高。藍牙和調(diào)頻收音機的附加率大于50%，全球定位系統(tǒng)(GPS)和Wi-Fi的附加率接近20%。在單個芯片中整合了多種通用移動連接技術(shù)(藍牙、Wi-Fi和調(diào)頻收音機)的芯片組的推出進一步推動了這些附加功能的流行和普及。