RF7115發(fā)射模塊推進手機系統(tǒng)設計集成

　　由于越來越多功能豐富的新型手機開始集成百萬像素數(shù)字相機、藍牙技術和多媒體功能，為了能夠讓更多的設計師快速完成這些日益復雜的新型手機終端的設計與開發(fā)，元器件解決方案供應商在如何去滿足一些存在固有矛盾的設計要求方面面臨著挑戰(zhàn)。為了滿足這些市場需求，RF Micro Devices(RFMD)公司的設計人員開發(fā)出了RF7115發(fā)射模塊(TxM)。
　　
　　這種發(fā)射模塊使得GSM射頻前端向?qū)崿F(xiàn)全面集成又前進了一步。作為該應用市場的一家主要元件供應商，我們見證了分立式射頻前端解決方案的設計復雜性，這一復雜性常常導致GSM手機制造商無法順利地進入量產(chǎn)階段。這一體驗促使我們開發(fā)出了一種嵌入功率放大器(PA)裸片和匹配電路的模塊，并稱之為功率放大器模塊(PAM)。在此基礎上，我們又進一步在PAM中嵌入了集成的功率控制，它可以替代復雜且敏感的控制環(huán)路，這一環(huán)路的設計目的是使PA輸出能夠很好地轉(zhuǎn)換成GMSK突發(fā)模板(burst template)。
　　
　　在GMSK模式，為了滿足ETSI規(guī)定的時序規(guī)范或限制，PA有突發(fā)時序要求。一個突發(fā)模板簡單來說就是TxM模塊控制信號的建議或?qū)崿F(xiàn)時序，它用來確保在一個發(fā)射突發(fā)脈沖的上升和下降階段，所有的ETSI限制都能得到滿足。這一革命性技術進步可把電話平臺的開發(fā)時間縮短1/4。
　　
　　TxM的好處
　　
　　除了尺寸減小和元件數(shù)量減少等顯而易見的優(yōu)點之外，同分立實現(xiàn)方案相比，TxM還在哪些方面確實給設計者帶來了好處呢？
　　
　　降低Tx和Rx路徑上的插入損失
　　
　　一般來說，發(fā)射模塊通過集成任意數(shù)目的開關配置和內(nèi)部架構來實現(xiàn)天線開關功能。常見的TxM模塊架構包含兩個Tx路徑開關和3或4個Rx路徑開關，并通過一個公共節(jié)點連接到天線。典型的配置采用SPXT或級聯(lián)設計。
　　
　　盡管早期的開關模塊絕大部分采用PIN二極管實現(xiàn)，但較新的設計都利用定制pHEMT開關設計來實現(xiàn)類似的或更好的性能。在各種開關設計方案中，基于pHEMT的設計的一個切實好處是降低了通過開關的插入損失(IL)。
　　
　　通過對pHEMT開關的引腳和諧波匹配濾波器進行精心的設計，可以把在Tx信號路徑上的插入損失降到最小。通過盡可能地降低插入損失，PA輸出功率可以更高效地傳送到天線。這在TxM中是可以做到的，因為設計者對PA輸出匹配和對匹配/網(wǎng)格(filet)及pHEMT輸入的控制有充分的了解。與目前的PAM和ASM(天線開關模塊)組合方案相比，這可給設計師帶來某種程度的靈活性。這是可能的，因為TxM設計師已經(jīng)不再被限制在50歐姆的輸出環(huán)境中。他可以選擇合適的阻抗來同放大器的輸出進行匹配(典型值為2-4歐姆)，并把它直接同一個pHEMT開關相匹配。這意味著只使用了一個匹配網(wǎng)絡，因而可減少損失(見圖1)。

　　
　　圖1 插入損失之所以能減小，是因為你無需再執(zhí)行將PA輸出端和ASM輸入端的阻抗轉(zhuǎn)換到50歐姆的任務。這可減少高達0.5dB的發(fā)射鏈損失，從而可為GSM模式節(jié)省150mA，為PCS/DCS模式節(jié)省90mA。
　　
　　類似地，接收路徑(Rx)內(nèi)部匹配拓撲也得益于50歐姆轉(zhuǎn)換的消除，在TxM的Rx側可以得到同樣的好處。Rx插入損失的降低提高了Rx靈敏度。(見表1，使用RF7115和傳統(tǒng)雙波段/三波段ASM的Rx插入損失數(shù)據(jù)的柱狀圖比較。)
　　
　　改善諧波性能
　　
　　隨著上市時間的重要性不斷提高，設計復用已成為開發(fā)者所面臨的一個共同課題，這導致了越來越多的手機開發(fā)平臺的出現(xiàn)。我們已經(jīng)看到，這一基于平臺的開發(fā)趨勢已越來越明顯，未來許多手機設計都將采用射頻收發(fā)器和PA+ASM的組合解決方案。但當把這個“知名”的平臺應用于不同形狀因子的設計時卻遇到了很多困難。尤其是，蛤殼、糖棒和滑蓋形手機形狀因子都造成了天線與射頻modem之間的不匹配和PCB性能的變化。因此，在一個形狀因子下工作良好的平臺與在另一個形狀因子下的表現(xiàn)可能有很大差別，這通常會造成整體性能的下降。在這些情況下，天線差別通常是肇事元兇。
　　
　　射頻平臺設計師可以得益于擁有一個緊密控制的PA輸出、諧波濾波器和開關接口。TxM向設計師提供了一個受控的環(huán)境，從而設計師可以優(yōu)化從PA發(fā)出的諧波。這也使得該射頻設計變成了一個真正可以適應各種形狀因子的平臺，TxM所包含的性能可以通過由制造商制訂的電氣規(guī)范得到保證。這一點對典型的PA+ASM平臺設計來說是完全做不到的。
　　
　　TxM是以解決大多數(shù)手機設計者面臨的一個設計困難而開發(fā)的。而且，即便在手機設計師完成了一個魯棒設計之后，對精密匹配的任何修改都可能嚴重改變阻抗并影響在天線上所測到的諧波水平。通過保持這一接口的完整性，TxM設計師有更大的機會在極限條件下，甚至在不匹配的條件下來抑制諧波。例如，對TxM設計來說，通?？梢詫崿F(xiàn)在所有極限條件下以低于-35dBm的諧波水平達到4:1的VSWR(電壓駐波比)(見圖2)。這產(chǎn)生了一個非常魯棒的解決方案，而且可以在許多不同的形狀因子考慮因素下使用。

　　
　　圖2：在4:1 VSWR時的諧波水平。
　　
　　靈活的收發(fā)器信號路由
　　
　　如前面所提到的，最新的TxM在設計中使用了pHEMT開關。在天線開關部分，使用pHEMT開關的優(yōu)點源于可以把Rx端口設置成路由所要求的任何方式。pHEMT輸入頻率響應是寬帶的，事實上，它允許把任何端口指定為高波段或低波段(見圖3)。這使得可以獨立于任何特定的收發(fā)器來單獨使用GSMTxM。我們預測，這一點在ODM環(huán)境中特別有用，因為ODM通常會基于基帶的選擇保留2到3種不同的收發(fā)器配置，但對于PA，一般僅會從主要的批量供應商中選擇一家。