手機(jī)射頻技術(shù)和手機(jī)射頻模塊基礎(chǔ)解讀

　　手機(jī)射頻模塊RF收發(fā)器

　　收發(fā)器是手機(jī)射頻的核心處理單元，主要包括收信單元和發(fā)信單元，前者完成對(duì)接收信號(hào)的放大，濾波和下變頻最終輸出基帶信號(hào)。通常采用零中頻和數(shù)字低中頻的方式實(shí)現(xiàn)射頻到基帶的變換;后者完成對(duì)基帶信號(hào)的上變頻、濾波、放大。主要采用二次變頻的方式實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)到射頻信號(hào)的變換。當(dāng)射頻/中頻(RF/IF)IC接收信號(hào)時(shí)，收信單元接受自天線的信號(hào)(約800Hz～3GHz)經(jīng)放大、濾波與合成處理后，將射頻信號(hào)降頻為基帶，接著是基帶信號(hào)處理;而RF/IFIC發(fā)射信號(hào)時(shí)，則是將20KHz以下的基帶，進(jìn)行升頻處理，轉(zhuǎn)換為射頻頻帶內(nèi)的信號(hào)再發(fā)射出去。

　　前些年收發(fā)器領(lǐng)域廠家分為兩大類，一類是依托基頻平臺(tái)，將收發(fā)器作為平臺(tái)的一部分，如高通、NXP、飛思卡爾和聯(lián)發(fā)科。這是因?yàn)槭瞻l(fā)器與基頻的關(guān)系非常密切，兩者通常需要協(xié)同設(shè)計(jì)。另一類是專業(yè)的射頻廠家，不依靠基頻平臺(tái)來(lái)拓展收發(fā)器市場(chǎng)，如英飛凌、意法半導(dǎo)體、和Skyworks。

　　隨著收發(fā)器向集成化和多?；l(fā)展，單模的收發(fā)器已經(jīng)完全集成到基頻里。不同頻段和制式的射頻前端器件也一直在以不同的方式集生產(chǎn)。分立的RF收發(fā)器越來(lái)越少見。

　　手機(jī)射頻前端模塊(FEM)

　　前端模塊集成了開關(guān)和射頻濾波器，完成天線接收和發(fā)射的切換、頻段選擇、接收和發(fā)射射頻信號(hào)的濾波。在2GHz以下的頻段，許多射頻前端模塊以互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)、雙極結(jié)型晶體管 (BJT)、硅鍺 (SiGe)或Bipolar CMOS等硅集成電路制程設(shè)計(jì)，逐漸形成主流。由于硅集成電路具有成熟的制程，足以設(shè)計(jì)龐大復(fù)雜的電路，加上可以與中頻與基頻電路一起設(shè)計(jì)，因而有極大的發(fā)展?jié)摿?。其它異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體管亦在特殊用途的電路嶄露頭角;然而在5GHz以上的頻段，它在低噪聲特性、高功率輸出、功率增加效率的表現(xiàn)均遠(yuǎn)較砷化鎵場(chǎng)效晶體管遜色，現(xiàn)階段砷化鎵場(chǎng)效晶體管制程仍在電性功能的表現(xiàn)上居優(yōu)勢(shì)。射頻前端模塊電路設(shè)計(jì)以往均著重功率放大器的設(shè)計(jì)，追求低電壓操作、高功率輸出、高功率增加效率，以符合使用低電壓電池，藉以縮小體積，同時(shí)達(dá)到省電的要求。功率增加效率與線性度往往無(wú)法兼顧，然而在大量使用數(shù)字調(diào)變技術(shù)下，如何保持良好的線性度，成為必然的研究重點(diǎn)。

　　比如，2013年初出現(xiàn)的高集成智能手機(jī)前端模塊，除了覆蓋傳統(tǒng)的GSM850、900、1800和1900 MHz頻段以外，還涵蓋WCDMA 第1、2、4和5頻段，以及LTE第2、4、5和17頻段。除三個(gè)聲表面波濾波器和五個(gè)雙工器以外，該模塊還包含頻段選擇開關(guān)和解碼器，同時(shí)在天線輸出端還帶有可防護(hù)高達(dá)4 kV的ESD保護(hù)電路。

　　手機(jī)RF模塊發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著手機(jī)制造商繼續(xù)開發(fā)支持更多的頻段和精簡(jiǎn)射頻架構(gòu)的手機(jī)，將3G手機(jī)中使用的GSM、EDGE、WCDMA和HSPA等多種頻段和空中接口模塊整合在一個(gè)高度集成、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的RF模塊中，已經(jīng)成為3G手機(jī)設(shè)計(jì)射頻方案的首選。

　　手機(jī)中的射頻(RF)前端將越來(lái)越多地采用集成模塊，因?yàn)樗梢允棺酉到y(tǒng)簡(jiǎn)化、成本下降和尺寸縮小，為手機(jī)增加新功能、節(jié)省提供空間，并為實(shí)現(xiàn)單芯片前端解決方案創(chuàng)造條件。隨著前端模塊(FEMs)到射頻(RF)收發(fā)器模塊相繼投入使用，手機(jī)RF前端的整合之路一直在持續(xù)發(fā)展。事實(shí)上，早在RF收發(fā)器采用直接轉(zhuǎn)換或零中頻(ZIF)架構(gòu)(先消除中頻段，隨后消除IF聲表面波濾波器)的時(shí)候，前端集成就已經(jīng)開始了。隨著收發(fā)器架構(gòu)的演進(jìn)，外部合成元件(即電壓控制振蕩器和鎖相環(huán))已經(jīng)被直接集成在收發(fā)器的芯片中。高集成度實(shí)現(xiàn)了成本的降低以及電路板尺寸的減小。向高集成度發(fā)展的趨勢(shì)沒有任何停止的跡象。不過(guò)，由于集成的途徑非常多，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須仔細(xì)加以考慮。

　　高通推出PA，完善其平臺(tái)化手機(jī)解決方案就是一個(gè)集成化的例子。此前手機(jī)平臺(tái)方案主要包括手機(jī)基帶芯片、應(yīng)用處理器、射頻芯片、電源管理以及連接芯片，PA沒有在平臺(tái)方案內(nèi)，而是有其單獨(dú)的供應(yīng)商。高通推出PA，更多的是想使其解決方案更趨‘平臺(tái)化’。

　　近幾年來(lái)，聚焦射頻(RF)技術(shù)，提供射頻模塊最新動(dòng)態(tài)的網(wǎng)站也越來(lái)越多。比如mouser 2013年初推出的射頻無(wú)線技術(shù)網(wǎng)站：http://www.mouser.cn/applications/rf-wireless-technology/幫助設(shè)計(jì)工程師挑選無(wú)線電頻率經(jīng)驗(yàn)證的最新集成解決方案和即插即用模塊，并即時(shí)為現(xiàn)有應(yīng)用增加無(wú)線功能。該解決方案中心匯聚了來(lái)自Skyworks、Murata、Panasonic和TexasInstruments等業(yè)界領(lǐng)先的制造商提供的最新射頻模塊。這些射頻解決方案同時(shí)按頻率范圍(1GHz以下、1-5GHz和5GHz以上)和協(xié)議(藍(lán)牙、ZigBee、Wi-Fi和GPS)兩種方式分類。