高性能RFIC應(yīng)對(duì)下一代射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，以及移動(dòng)電視、Web2.0、多媒體在線游戲等諸多新型應(yīng)用涌現(xiàn)，3GPP開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）規(guī)范,并提出了未來(lái)在20MHz帶寬上達(dá)到瞬時(shí)峰值下行100Mbps以及上行50Mbps的目標(biāo)。LTE的發(fā)展前景吸引了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)注，芯片廠商、設(shè)備廠商以及運(yùn)營(yíng)商紛紛積極響應(yīng)。當(dāng)前不景氣的經(jīng)濟(jì)環(huán)境似乎并沒(méi)有影響到業(yè)者的熱情，據(jù)悉，目前全球有超過(guò)18家運(yùn)營(yíng)商宣布了LTE部署計(jì)劃。“我們預(yù)計(jì)，到2013年，運(yùn)營(yíng)商僅在LTE基站設(shè)施方面就將投入86億美元。”ABI Research資深分析師Nadine Manjaror表示，對(duì)于已經(jīng)部署3G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，接下來(lái)的5年時(shí)間里，LTE將是主要的投資驅(qū)動(dòng)力。

新一代無(wú)線接入技術(shù)的發(fā)展給RF架構(gòu)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，ADI公司射頻與聯(lián)網(wǎng)器件業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)總裁David Boylan指出，3.5G LTE對(duì)基站和終端提出新的要求。例如：支持1.4~20MHz的可變信道帶寬，實(shí)現(xiàn)更低的每比特成本；采用開(kāi)放接口網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時(shí)限制手持設(shè)備的功耗；據(jù)首次試驗(yàn)結(jié)果顯示，3.5G LTE下行鏈路數(shù)據(jù)速率效率是HSPA的三倍以上。如此的高數(shù)據(jù)速率能力要求更高帶寬調(diào)制能力，對(duì)EVM和本振時(shí)鐘的相位噪聲提出更嚴(yán)格的要求。

對(duì)于LTE無(wú)線發(fā)射機(jī)架構(gòu)方面的總要求，Boylan總結(jié)出以下幾點(diǎn)：?jiǎn)屋d波LTE發(fā)射機(jī)可能與3G架構(gòu)極其相似；EVM和頻譜質(zhì)量是關(guān)鍵規(guī)格；DAC的動(dòng)態(tài)范圍由發(fā)射的LTE(或WCDMA)載波數(shù)決定，對(duì)于高動(dòng)態(tài)范圍多載波設(shè)計(jì)，建議采用16位DAC；現(xiàn)在工業(yè)寬帶IQ調(diào)制器可提供必需的動(dòng)態(tài)范圍：SFDR=2/3(OIP3 - NSD)≥80dB；為獲得最佳EVM性能，可選擇集成了VCO的寬帶小數(shù)N分頻合成器；為使頻譜質(zhì)量滿足高PAR OFDM要求，必須采用高線性度放大器和驅(qū)動(dòng)器放大器。

在接收機(jī)設(shè)計(jì)方面，Boylan強(qiáng)調(diào)：LTE接收機(jī)靈敏度級(jí)別與現(xiàn)有的3G設(shè)計(jì)相匹配(NF至5dB)；采用阻塞情形預(yù)測(cè)和區(qū)域部署來(lái)確定接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍、數(shù)字轉(zhuǎn)換器分辨率和增益控制需求(AGC)；由于3.5G和4G接收機(jī)需要更高的解調(diào)帶寬(≥20MHz)，因而需要具有出色抗強(qiáng)干擾能力的更具魯棒性的設(shè)計(jì)。

新授權(quán)的頻段增加了RFIC頻率和性能限制,更高的數(shù)據(jù)速率和更多的頻譜驅(qū)動(dòng)了對(duì)寬帶RFIC的需求。對(duì)于芯片廠商來(lái)說(shuō)，“盡早參與是全面理解新設(shè)計(jì)要求、并確保最先推出滿足要求的相關(guān)器件的關(guān)鍵。”ADI公司RFNC部業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Justin Littlefield表示，現(xiàn)有RF產(chǎn)品中很多都是根據(jù)下一代通信標(biāo)準(zhǔn)的要求和需求而開(kāi)發(fā)的。針對(duì)新的設(shè)計(jì)需求，ADI公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多款高性能、高集成度射頻器件，覆蓋整個(gè)RF信號(hào)鏈，幫助開(kāi)發(fā)人員應(yīng)對(duì)下一代射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

例如，在多模終端方面，通常要求每一個(gè)頻帶在發(fā)射和接收信號(hào)路徑上都需要聲表面波(SAW)濾波器，以消除阻塞干擾和減少?gòu)陌l(fā)射端到接收端信號(hào)泄漏所引起的性能降低。頻帶越多，需要的濾波器越多，這樣就導(dǎo)致成本、元件數(shù)量和PCB面積都增加。為解決這個(gè)問(wèn)題，ADI公司使用新的射頻體系結(jié)構(gòu)，將寬帶發(fā)射器噪聲降低到無(wú)需SAW濾波器的程度，同時(shí)提供足夠高的接收器性能以容忍大的關(guān)斷通道信號(hào)，從而也可省去射頻信號(hào)接收端的SAW濾波器。“我們的‘Othello-3’系列收發(fā)器采用新的電路架構(gòu)，省去了所有的RF SAW濾波器。” Littlefield介紹，例如AD6551“Othello-3”以及AD6552“Othello-3T”，是將發(fā)射器與接收器集成在一個(gè)芯片上，此外，還集成了VCO環(huán)路濾波器和LDO穩(wěn)壓器。“這些器件簡(jiǎn)化了3G無(wú)線手機(jī)射頻部分的開(kāi)發(fā)過(guò)程，節(jié)省了成本和PCB面積。”他補(bǔ)充道，接收器部分提供的EVM性能滿足HSDPA技術(shù)要求，并且包括全自動(dòng)直流偏置控制。

為幫助手機(jī)設(shè)計(jì)人員更有效的管理無(wú)線手機(jī)功率、延長(zhǎng)電池壽命，并更好地處理復(fù)雜的3G和4G信號(hào)，ADI還推出業(yè)界首款單芯片、雙功能RF功率檢波器ADL5502，它內(nèi)置一個(gè)RMS檢波器和一個(gè)包絡(luò)檢測(cè)器，可進(jìn)行復(fù)雜信號(hào)的峰值因數(shù)測(cè)量，峰值因數(shù)高達(dá)11dBm，精度為±0.1dB，比同類產(chǎn)品高出5倍。由于它的高集成度，電池壽命能延長(zhǎng)20%，而且無(wú)需查找表和準(zhǔn)確控制發(fā)射功率電平所需的校正因數(shù)，手機(jī)制造商可以降低成本及開(kāi)發(fā)費(fèi)用。

“一般的功率檢波器往往需要進(jìn)行昂貴的溫度校準(zhǔn)，或通過(guò)查找表來(lái)補(bǔ)償大于1dB的溫度漂移，”Boylan指出，而ADI的ADL5513對(duì)數(shù)放大器針對(duì)RF/IF功率電平測(cè)量或控制的Tx/Rx應(yīng)用而設(shè)計(jì)，提供80dB的動(dòng)態(tài)范圍，±3dB的對(duì)數(shù)一致性，在同類對(duì)數(shù)放大器產(chǎn)品中，動(dòng)態(tài)范圍最寬。

在無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施方面，ADI的RF驅(qū)動(dòng)放大器ADL5321實(shí)現(xiàn)了功耗與性能的最佳組合，適合用于LTE、WiMAX與WiBro的2.3 GHz～4.0 GHz無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。同競(jìng)爭(zhēng)射頻放大器相比，ADL5321提高了信號(hào)線性度，并降低功耗。在基站、電臺(tái)或衛(wèi)星設(shè)備等系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，ADL5321可以節(jié)省高達(dá)4個(gè)外部無(wú)源元件，不僅降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，而且使RF設(shè)計(jì)人員能更迅速地向市場(chǎng)推出高性價(jià)比設(shè)備。

對(duì)于直接變頻接收機(jī)來(lái)說(shuō)，要求能在復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)干擾環(huán)境下保持最佳的接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。針對(duì)下一代蜂窩與寬帶無(wú)線應(yīng)用中的直接變頻接收機(jī)，ADI推出正交解調(diào)器與雙通道增益調(diào)整放大器——AD8366和ADL5380。其中，AD8366是首款雙通道數(shù)字控制增益調(diào)整放大器，能夠以最低的失真度處理最寬的信號(hào)帶寬，使無(wú)線電設(shè)計(jì)中的有源元件數(shù)量減少60%，大幅節(jié)省電路板空間及材料清單成本。ADL5380解調(diào)器是首款能夠工作在400MHz～6GHz的產(chǎn)品，“在不同頻率的無(wú)線電應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員采用相同的器件即可。”Littlefield介紹，采用ADL5380解調(diào)器，可以滿足多種蜂窩和寬帶無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng)要求，符合CDMA、W-CDMA、TD-SCDMA、PHS、LTE與WiMAX標(biāo)準(zhǔn)。