GSM前端中下一代CMOS開關(guān)設(shè)計

早期手機(jī)設(shè)計采用環(huán)行器在發(fā)身與接收間雙工通信。然而，若想用上述設(shè)計來支持多個頻帶，就需要多個環(huán)行器。這類鐵氧體基設(shè)計使手機(jī)既體積大又價格昂貴。并且在某些場合下，由于環(huán)行器帶寬太窄，根本不能正常工作。其它可供選擇的方案有高頻開關(guān)和濾波器組。它們同樣存在成本或體積的問題。
GSM手機(jī)是在時間雙工基礎(chǔ)上工作的，自然前端最好采用只有開關(guān)的實(shí)施方案。這是因?yàn)殡p工濾波器的插入損耗比開關(guān)高得多，而且在目前，它還承受不了GSM的功率電平。GSM手機(jī)占有60%的手機(jī)銷售份額，因此本文集中介紹GSM系統(tǒng)對開關(guān)的要求，并討論各種固體開關(guān)技術(shù)。同時，其它標(biāo)準(zhǔn)的集成也值得一提，主要是GSM手機(jī)中UMTS（通用移動通信系統(tǒng)“下一代”全球通用手機(jī)）應(yīng)用，它們需要使用附加的開關(guān)路徑。
GSM前端難題
GSM手機(jī)的功能已得到極大的擴(kuò)展，為了覆蓋整個地球可支持多達(dá)4個不同的工作頻帶（見表1），形成4個發(fā)射路徑和4個接收路徑?？紤]到相鄰TX頻帶十分接近，用一個功放覆蓋GSM850和GSM；另一個功放覆蓋DCS和PCS。每個RX路徑各用一個濾波器，通常是SAW濾波器，這樣總計需6個路徑。這類結(jié)構(gòu)通常采用SP6T（單刀6擲）開關(guān)。相比之下，最簡單的GSM手機(jī)僅工作在單個頻帶，只需SP2T開關(guān)。
由于開關(guān)功能處于手機(jī)的前端，它的插入損耗性能直接影響功放的有效PAE（功率放大效率）和系統(tǒng)NF（噪聲值）。NF增加直接等于天線與LNA（低噪聲放大器）間的插入損耗，而PAE降低則由下式給出：
PAE=PAE*10-IL/10
GSM功放工作在飽和方式，輸出功率可達(dá)2W，PAE也很高，約為60%，由于手機(jī)的總消耗電流有一半來自功放，因此高效率對它的電池壽命是至關(guān)重要的。然而，高PAE又易受高插入損耗的不良前端體系結(jié)構(gòu)的影響。例如，一個PAE為60%的放大器，基功放與天線間的插入損耗是1.5dB，那么它的有效APE僅為42.5%。開關(guān)電路中的任何附加電流消耗將進(jìn)一步降低有效PAE。
眾所周知，GSM手機(jī)的輸出功率要求很高，達(dá)+33dBm