射頻開關(guān)優(yōu)化智能手機(jī)信號(hào)

　　用于智能手機(jī)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(biāo)準(zhǔn)硅CMOS和絕緣硅(SOI)技術(shù)開發(fā)。每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，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?dāng)S開關(guān)。舉例來說，型號(hào)為SKY13362-389-LF的單刀十?dāng)S(SP10T)開關(guān)支持多達(dá)5個(gè)3G蜂窩通信頻段。這種開關(guān)由4個(gè)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(gè)+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(cè)量的是哪兩個(gè)端口)。這種開關(guān)具有5μs的切換速度，在UMTS模式下測(cè)試時(shí)的輸入3階截取點(diǎn)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(hào)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(gè)端口之間的隔離度至少有30dB。SKY14152模塊針對(duì)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(jī)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(jì)也可能從基于GPIO的控制接口轉(zhuǎn)為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(hào)通過天線開關(guān)模塊發(fā)送出去之前，將該信號(hào)從功率放大器(PA)輸出端切換入合適的頻率雙工器。對(duì)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(chǎng)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(hào)從功放輸出端傳遞到雙工器。在多模、多頻信號(hào)路徑架構(gòu)場(chǎng)合，由于GSM和WCDMA信號(hào)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(hào)。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(gè)寬帶CDMA雙工器中的一個(gè)。

　　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(jì)中，這個(gè)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(dá)5個(gè)頻段。對(duì)這些開關(guān)的要求取決于開關(guān)必須處理的射頻信號(hào)電平。目標(biāo)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(hào)失真。

　　頻段開關(guān)可同時(shí)用于前置功放和后置功放，因?yàn)樵诙囝l段平臺(tái)中頻段會(huì)增加或合并。選擇pHEMT還是絕緣硅技術(shù)通常由實(shí)際控制電壓的大小決定。當(dāng)控制電壓為2.8V或以上時(shí)，pHEMT技術(shù)是一個(gè)很好的選擇。當(dāng)射頻子系統(tǒng)使用較低電壓的邏輯信號(hào)(如1.8V)時(shí)，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(huì)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(hào)SKY13330-397LF、SP3T型號(hào)SKY13345-368LF和雙刀四擲(DP4T)型號(hào)SKY14155-368LF等。GaAs pHEMT集成電路(IC)包括型號(hào)為SKY13351-378LF、SKY13320-374LF和SKY13321-360LF的SPDT開關(guān)、型號(hào)為SKY13309-370LF和SKY13317-373LF的SP3T開關(guān)以及型號(hào)為SKY14151-350LF的SP4T開關(guān)。

　　在新興的無線手機(jī)和數(shù)據(jù)卡應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)使用第二個(gè)或分集接收天線以及相關(guān)的接收機(jī)信號(hào)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(chǎng)合?；诔杀竞凸牡目紤]，實(shí)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(hào)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(gè)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?yàn)檫@些開關(guān)不需要通過很高功率的發(fā)送機(jī)信號(hào)。

　　Skyworks公司針對(duì)分集應(yīng)用設(shè)計(jì)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(hào)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(shí)的典型插損值為0.45dB，1GHz時(shí)的典型隔離度為28dB。這種開關(guān)的1dB壓縮點(diǎn)(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(hào)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(shí)的隔離度為29dB，1GHz時(shí)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(gè)開關(guān)端口。該開關(guān)可以處理功率達(dá)+34.5dBm的900MHz射頻和功率達(dá)+31.5dBm的1.8GHz射頻信號(hào)。這是一種對(duì)稱型開關(guān)，專門針對(duì)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)中，MIMO可以通過選擇更強(qiáng)的接收信號(hào)或合并兩個(gè)獨(dú)立天線端接收到的信號(hào)提高總的接收信號(hào)強(qiáng)度，從而促進(jìn)數(shù)據(jù)速率的提高。在較為復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)中，MIMO可以用來在基站和手機(jī)之間同時(shí)傳送兩個(gè)(或多個(gè))獨(dú)立數(shù)據(jù)流。第4代蜂窩標(biāo)準(zhǔn)LTE的推出將驅(qū)動(dòng)更多的分集路徑配置，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/智能">智能手機(jī)擴(kuò)大了便攜式設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐能力。

　　在移動(dòng)連接方面，開關(guān)對(duì)于信號(hào)路由和將不同無線信號(hào)連接到天線來說至關(guān)重要。智能手機(jī)中的藍(lán)牙無線電、Wi-Fi連接和移動(dòng)電視接收功能都要求額外的開關(guān)功能。近年來，智能手機(jī)類設(shè)備中移動(dòng)連接的附加速率(更多功能以此速率添加到手機(jī)中)顯著提高。藍(lán)牙和調(diào)頻收音機(jī)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(gè)芯片中整合了多種通用移動(dòng)連接技術(shù)(藍(lán)牙、Wi-Fi和調(diào)頻收音機(jī))的芯片組的推出進(jìn)一步推動(dòng)了這些附加功能的流行和普及。