在競爭激烈的GSM電話終端市場上，終端制造商開始期待可以加快開發(fā)速度和縮短開發(fā)周期的解決方案。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(lán)牙技術(shù)和多媒體功能，設(shè)計者開始尋找尺寸更小和集成度更高的發(fā)射和接收RF模塊，它們能夠在提供卓越性能水平的同時占用更小的板空間。

　　為了能夠讓更多的設(shè)計師快速完成這些日益復(fù)雜的新型手機終端的設(shè)計與開發(fā)，元器件解決方案供應(yīng)商在如何去滿足一些存在固有矛盾的設(shè)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(shè)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(jìn)了一步。作為該應(yīng)用市場的一家主要元件供應(yīng)商，我們見證了分立式射頻前端解決方案的設(shè)計復(fù)雜性，這一復(fù)雜性常常導(dǎo)致GSM手機制造商無法順利地進(jìn)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(chǔ)上，我們又進(jìn)一步在PAM中嵌入了集成的功率控制，它可以替代復(fù)雜且敏感的控制環(huán)路，這一環(huán)路的設(shè)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(shù)進(jìn)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(shè)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(guān)配置和內(nèi)部架構(gòu)來實現(xiàn)天線開關(guān)功能。常見的TxM模塊架構(gòu)包含兩個Tx路徑開關(guān)和3或4個Rx路徑開關(guān)，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(shè)計。

　　盡管早期的開關(guān)模塊絕大部分采用PIN二極管實現(xiàn)，但較新的設(shè)計都利用定制pHEMT開關(guān)設(shè)計來實現(xiàn)類似的或更好的性能。在各種開關(guān)設(shè)計方案中，基于pHEMT的設(shè)計的一個切實好處是降低了通過開關(guān)的插入損失(IL)。

　　通過對pHEMT開關(guān)的引腳和諧波匹配濾波器進(jìn)行精心的設(shè)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(shè)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(guān)模塊)組合方案相比，這可給設(shè)計師帶來某種程度的靈活性。這是可能的，因為TxM設(shè)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(jìn)行匹配(典型值為2-4歐姆)，并把它直接同一個pHEMT開關(guān)相匹配。這意味著只使用了一個匹配網(wǎng)絡(luò)，因而可減少損失(見圖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(wù)。這可減少高達(dá)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?fù)湟驳靡嬗?0歐姆轉(zhuǎn)換的消除，在TxM的Rx側(cè)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(shè)計復(fù)用已成為開發(fā)者所面臨的一個共同課題，這導(dǎo)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(shè)計都將采用射頻收發(fā)器和PA+ASM的組合解決方案。但當(dāng)把這個“知名”的平臺應(yīng)用于不同形狀因子的設(shè)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(shè)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(guān)接口。TxM向設(shè)計師提供了一個受控的環(huán)境，從而設(shè)計師可以優(yōu)化從PA發(fā)出的諧波。這也使得該射頻設(shè)計變成了一個真正可以適應(yīng)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(shè)計來說是完全做不到的。

　　TxM是以解決大多數(shù)手機設(shè)計者面臨的一個設(shè)計困難而開發(fā)的。而且，即便在手機設(shè)計師完成了一個魯棒設(shè)計之后，對精密匹配的任何修改都可能嚴(yán)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(shè)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(shè)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(dá)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(shè)計中使用了pHEMT開關(guān)。在天線開關(guān)部分，使用pHEMT開關(guān)的優(yōu)點源于可以把Rx端口設(shè)置成路由所要求的任何方式。pHEMT輸入頻率響應(yīng)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GSM TxM。我們預(yù)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(yīng)商中選擇一家。

　　傳送WCDMA信號的潛力

　　對新興的多模應(yīng)用特別方便的一個特性是，TxM模塊可以指定一個未使用的端口作為獨立的WCDMA Tx/Rx信號的通過端口。在當(dāng)今這個向多模應(yīng)用轉(zhuǎn)換的時刻，市場上經(jīng)常產(chǎn)生對利用獨立的WCDMA和GSM/GRPS射頻鏈路的快速捆綁式解決方案的需要。在一個GSM/GPRS TxM中利用一個未用端口來進(jìn)行開關(guān)控制的能力消除了對一個獨立ASM和支持WCDMA射頻鏈匹配元件的需要。這一方案既可節(jié)省成本，又可減小尺寸，而這兩者對這個新興市場來說都是非常重要的。

　　RFMD公司已經(jīng)在WCDMA頻率和功率水平上測試和表征了這種pHEMT開關(guān)端口的線性度和互調(diào)功能。其結(jié)果表明，將Rx端口之一用作WCDMA通道是可行的。表征包括互調(diào)測量、插入損失、ACP降級、諧波生成和pHEMT開關(guān)產(chǎn)生的熱量。 TxM模塊的其它特性包括：易用性、內(nèi)置8KV ESD保護(hù)電路、以及減少的外接元件數(shù)量。TxM模塊可同時提供改進(jìn)的性能和易用性，這兩者在手機設(shè)計中常常不能同時得到滿足。其中可在大多數(shù)商業(yè)TxM模塊中發(fā)現(xiàn)的“易用”特性之一是設(shè)在天線端口的集成型ESD保護(hù)。它包含一個用來抑制由于modem元件損壞而產(chǎn)生的任何高壓短時脈沖的板上感容電路。這是一個非常有用的功能，因為在Rx路徑上的大多數(shù)SAW濾波器對ESD暫態(tài)電壓的保護(hù)能力是非常令人懷疑的。此外，這些ESD濾波器完全符合IEC 61000-4-2的8KV接觸放電要求。

　　TxM模塊除允許設(shè)計師實現(xiàn)更高水平的性能之外，它所需要的外接元件數(shù)量也減少了，這一點也是非常重要的。作為未來發(fā)展趨勢的一部分，新一代的集成模塊繼續(xù)面臨著減少實現(xiàn)射頻解決方案所需要的外部元件數(shù)量的挑戰(zhàn)。

　　TxM模塊也面臨著同樣的挑戰(zhàn)，事實上，TxM模塊特別將這些集成度需求作為其存在的一個基本前提。TxM模塊不僅減少了外部元件的數(shù)量，而且還消除了對靈敏的內(nèi)部元件匹配電路的需要。同相同功能的其它實現(xiàn)方案相比，TxM模塊可以幫助設(shè)計師減小總的版圖尺寸。典型的數(shù)字表明，與競爭性PA+ASM解決方案(典型的版圖如下所示)相比，可以減少30%到50%的版圖面積。

　　縮短電話平臺開發(fā)時間

　　TxM模塊是一種非常魯棒的解決方案，這可直接歸因于使用了內(nèi)部匹配電路。其真正的好處是可以降低開發(fā)成本。此外，TxM解決方案將極大地縮短開發(fā)時間和上市時間。

　　在一個應(yīng)用中實現(xiàn)一個TxM主要是一個驗證性能的問題，而不是設(shè)計和微調(diào)靈敏RF電路的問題，但對于傳統(tǒng)的PA+ASM解決方案來說后者是一個主要問題。電話平臺開發(fā)時間的減少對手機的快速上市能力有重大影響。為了在這個極具競爭性的手機市場上占有一定的地位，上市時間已經(jīng)被視為衡量手機制造商能力的最高尺度。

　　真正的“防竄改”解決方案

　　當(dāng)使用TxM來開發(fā)一個平臺時，我們還可以清楚地看到因TxM模塊的魯棒性和性能一致性所帶來的另外一個好處。由于TxM模塊的集成度非常高，因此當(dāng)移植到各種其它形狀因子的平臺時，因交換元件而造成性能下降的機會很小。很穩(wěn)定的參考設(shè)計有時不得不在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，有時這情況還很普遍，因為手機制造商有時會突然選用與最初打算不同的PA/ASM組合。

　　制造商的動機通常很有道理，因為選用其它元件可能帶來吸引人的成本節(jié)省和供貨方面的好處。不足之處是常常需要付出更多的工程努力來修補一個本來已經(jīng)獲得FTA認(rèn)證的系統(tǒng)。對參考設(shè)計供應(yīng)商和PA供應(yīng)商來說，支持這么多制造變量可能是困難的和昂貴的，因為它可能代表著你必須付出很多的隱性成本。因此，采用可防“竄改”的解決方案可以保持更多的利益，而TxM模塊是實現(xiàn)這一目標(biāo)的一個新興的關(guān)鍵元件。

　　本文結(jié)論

　　作為全球最大的手機功率放大器供應(yīng)商，RFMD公司將繼續(xù)同客戶一起優(yōu)化PA+ASM組合解決方案，并開發(fā)出系統(tǒng)實現(xiàn)所需的所有細(xì)節(jié)。這個經(jīng)驗已經(jīng)證明，在縮短開發(fā)時間、減小電路板版圖面積和減少供應(yīng)鏈管理需要的同時，即使與最好和最優(yōu)的設(shè)計相比，TxM模塊仍然代表更高的總體性能。

　　此外，隨著對多功能設(shè)備的需求不斷增長，為了能夠在相同的形狀因子中容納更多的功能，手機正在要求更小的射頻解決方案。我們清楚地看到，要滿足這些多功能設(shè)備的集成要求，TxM模塊將變成不可缺少的基本器件。在理解了該器件所包含的所有這些好處之后，我們明確期望TxM模塊能夠成為我們在2005年發(fā)貨量的一個重要部分，并希望在2006年對這類產(chǎn)品的需求會有大幅度提高。

　　通過RF3178的批量發(fā)貨，RFMD公司已經(jīng)在發(fā)射模塊市場上確立了我們的地位。該元件是我們的Polaris 2方案(一個基于EDGE的Polar調(diào)制方案)的一個關(guān)鍵元件。RF3178是作為我們的Polaris 2收發(fā)器的配套產(chǎn)品為實現(xiàn)Polar調(diào)制而設(shè)計的，具有尺寸小、整體性能高的特點。另外，RFMD公司很快將推出面向GSM/GPRS市場的派生產(chǎn)品RF7115。RF7115將以四波段和雙波段兩種款式供貨，專門面向GSM和GPRS這兩個大批量成熟市場。

　　作者：Kevin Walsh、Ben Thomas、Hannes Rahn

　　RF Micro Devices公司