高集成度设计应对无线设备需求分析

集成一直是无线通信进步的关键，它使设备实现了多功能、小型化。尽管手机处于这些趋势的前沿，但降低成本、加快上市速度也是促使蜂窝基础设施实现更高集成度的驱动力。随着无线集成设计人员力求在更小封装内集成更多功能，在单一器件内实现模拟、数字和高频功能等更高水平的集成依旧是IC的主流趋势。手机和基础设施设计人员试图在单个系统内集成多个无线标准的诉求使问题变得更加复杂。为平衡这些不同的需求，创新性设计技术借力放大器、收发器和其它器件的先进技术资源和专业知识，以期创造出不牺牲性能且集成度更高的系统。

Analog Devices（ADI）射频事业部高级营销经理Dale Wilson指出，“尺寸作为设计的一个重要的考量标准，在手持和便携式应用中是尤为突出；而在较大的系统中，对尺寸大小也有要求，客户希望在一定体积内，实现更多更强的功能。在多数情况下，客户希望单个设备在拥有多功能的同时，成本能有所下降。此外，他们还希望能够减少组装和测试成本、简化实际设计工作。如果调谐、滤波、偏置等功能都能在芯片上实现，则可以大量减少用户端的工作量，同样也可以加快客户产品的面市时间。分立射频元件的性能通常比高集成度器件要好。但在许多应用中，只要目标价格得以实现，那么性能‘足够好’就可以接受。因模拟和高性能射频器件更多地采用CMOS工艺，也就有更多机会集成数字控制功能。”

为应对这种高集成度的要求，ADI公司传统上采用先进的双极型工艺实现其众多高性能射频产品。然后，客户会在其系统内采用数字控制功能。Wilson指出，ADI现正采用最新的BiCMOS工艺，它具有优越的模拟性能以及在芯片中集成数字控制功能的能力。CMOS工艺也被用来实现高度集成的射频器件，并且采用数字化处理来克服射频性能局限。

去年秋天，ADI首次推出了支持高密度射频卡的射频混频器和调制器，而且它能提升长期演进（LTE）和第四代（4G）基站（图1）的容量和速度。ADRF670x 系列混频器和ADRF660x系列调制器可在单一器件内整合多个独立功能模块。在4款ADRF660x系列的产品封装内集成了一个有源射频混频器、单端 50欧输入的射频输入平衡-非平衡转换器（balun）、以及一个集成有压控振荡器（VCO）的锁相环（PLL）频率合成器。该有源混频器提供6dB的电压转换增益。差分IF输出工作于500MHz。ADRF6601接收混频器工作在300到2500MHz，内部LO范围是750到1160MHz。在 12dBm输入功率时，它达到1dB的压缩并可实现30dBm的输入三阶截点。该混频器的单边带（SSB）噪声是12dB。

图1：射频调制器和下变频器包含一个集成PLL，它是一个多模N倍频合成器，支持LTE 100KHz通道光栅。

每款ADRF670x调制器的都在射频IC内集成了模拟同相/正交（I/Q）调制器、RF输出开关、带压控振荡器的锁相环。该调制器输入带宽为500MHz。ADRF6701 I/Q调制器的PLL/合成器使用一个N分频（fractional- N）PLL，它将LO信号倍频后馈送至I/Q调制器。PLL的参考输入接受从12MHz到160MHz的信号。调制器的输出频率是400至 1300MHz。其内部L0频率范围是750到1160MHz。该器件在1dB压缩点和29dBm输出三阶截点条件下，可提供14dBm的输出功率，并提供158dBm/Hz的噪声本底。

对PA的集成要求

随着3G无线网络的完善并逐渐向4G系统过渡，分布式架构和有源天线系统的应用推动着对更小、更高效收发器和PA的需求。例如，美信集成产品（Maxim）公司的MAX9947就承诺可简化满足天线接口标准组织（AISG）的基站和塔安装设备（图2）的实施。这款尺寸为3x3mm，采用 TQFN形式封装的单芯片收发器包含了发射器、接收器和有源滤波器。

图2：收发器集成了带Autodirection功能的输出，可用来处理塔安装设备的总线仲裁而无需MCU。

其中，发射器包括一个OOK调制器、一个符合AISG频谱辐射规范的带通滤波器和一个输出放大器。接收器包括一个中心频率在2.176MHz、带宽为200kHz的带通滤波器。它还包括一个用于重构数字信号的比较器和OOK解调器。在50Ω输入阻抗条件下，MAX9947具有-15到 +5dBm的输入动态范围。其可由电阻调控的输出功率（7至12dBm）补偿了外部电路和线路的损耗。该收发器支持所有的AISG数据速率：9.6、38.4和115.2kb/s。