SMARTi 3G的深度报导： 单片六频段CMOS射频收发器提升您对UMTS的认识(下)

JasonYoo

SMARTi 3G的深度报导： 单片六频段CMOS射频收发器提升您对UMTS的认识(下) [复制链接]

本文将阐述SMARTi 3G的设计思路，并讨论如何利用SMARTi 3G实现运营商所需的、复杂并极具挑战性的全频段支持功能，比如自适应接收基带滤波器、全集成式发射和接收分数锁相环，以及可编程、可控制前端输出。

第一款CMOS UMTS收发器

SMARTi 3G是英飞凌推出的第一款CMOS UMTS射频收发器。SMARTi家族的第一款产品是在1998年推向市场的。当时的产品以双极互补金属氧化物半导体(BiCMOS)工艺为基础，并且一直延续到2003年。此后，CMOS C11 RF成为所有英飞凌SMARTi产品家族的标准工艺。现在，CMOS逐步应用于EDGE和UMTS产品：基于CMOS的GSM/EDGE收发器于2004年上市，W-CDMA CMOS收发器SAMRTi 3G也在2005年6月推出。

CMOS与传统RF技术比如BiCMOS和SiGE相比具有成本优势，因为它需要更少的掩模和处理步骤。成本和集成度毫无疑问是推动新一代RF设计走向CMOS的主要因素。市场调查公司iSupply认为RF CMOS技术将不断发展，到2009年将拥有大约40%的市场份额。

CMOS还用于许多其他的产品中，相同的技术工艺和产品线将真正地提升经济规模。此外，CMOS也用于数字基带, 这使将数字部分、RF部分以及混合信号部分集成在同一晶圆上提供了可能，因而创造出更小尺寸和更高的集成度的芯片。

UMTS：全球性标准, 应用于不同的频段

日本是全球第一个向移动用户推出UMTS糸统的国家。NTT DoCoMo运营的第一套商用UMTS网络于2001年投入使用。当欧洲UMTS还处于3G推荐阶段时，日本经过四年的市场运营后,UNTS已经成为成熟的技术。许多日本手机制造商正存寻找新市场，并对进入欧洲市场非常感兴趣。回首2G时代，当时有两个并行的开发项目，一个针对国内市场，一个面向国际市场。而在3G时代将不会出现这种情况：标准是全球统一的，只在频段方面有所差异。

欧洲、亚洲和日本专门分配了用于3G的UMTS频率，不会与其他服务发生冲突。在北美，情况则有所不同：ITU确定的UMTS频率已经用于2G应用(1900MHz频段)和卫星通信。尽管已经在释放频谱资源方面进行努力，在近期，北美的UMTS还需要与2G应用分享频谱资源。这为RF设计人员带来了额外的挑战，而SMARTi 3G利用陷波滤波器(在“混合滤波模式”下激活)成功地解决了这个问题。额外的2.7MHz陷波滤波器可通过软件编程进行激活，以满足UMTS频段II和III的要求。

目前, SMARTi 3G为目光瞄准全球市场的手机制造商提供了独特的机遇。该收发器既可支持ITU确定的全部六个UMTS频段同时解决了北美市场的特殊状况. 可让手机制造商节省开发时间和资源，一款产品就可在应用在全球任何地方。

支持全部6个频段的SMARTi 3G可按下表配置成低、中、高频段：

IC的工作频段可通过3线总线, 设置六频段选择及前端控制输出,分别为发射和接收通道进行单独设置。

SMARTi 3G可使设计人员能利用相同的基本射频无线设计，开发出多种解决方案。 从高端三频解决方案到单频解决方案。

典型的三频应用可参见图5：SMARTi 3G典型三频应用范例

利用SMARTi 3G的三频UMTS解决方案的典型PCB尺寸仅为370 mm2，只有74个外围器件，包括匹配器件、LAN和功率放大器器件。

多频段和多模式操作使前端复杂度不断提升，这使得必须对外部组件(比如LNA、PA和开关等)进行有效控制。因此，SMARTi 3G内置了灵活的软件可编程前端控制装置, 通过六个专用输出线(RXBAND1..3 和TXBAND1..3)的状态切换来满足上述需求。改进版本，会另加三个额外的可编程GPO(通用输出装置)。

基础前端控制功能将为每个频段提供可任意编程三种输出状态。利用这种功能，可选择不同前端组件。这种功能还可扩展到对RXBAND输出信号进行专项处理。在发射通道关闭时,TXBAND输出端可额外编程成“低”, 而在发射通道开启时,回到原来设置 。

当今的典型LNA模块具有不同增益等级设置功能，以便具有更好的输入功率动态范围。由于LNA高低增益模式切换点取决于所使用的接收增益方案，RXBAND2和RXBAND3在这里可分别进行独立编程,以.实现相应接收增益方案。

多模式应用

SMARTi 3G在多模式环境下(例如与GSM/EDGE 射频收发器 SMART PM 一起工作)可作为前端控制中心.这种方式能有效控制电流消耗。它是通过激活特殊模式来实现的,该特殊模式可关闭发射和接收通道，并直接控制TXBAND1..2和RXBAND1..2。

结论

在UMTS变成全球标准之后，对高速,小尺寸,低功耗这样高性能收发器的需求再度攀升。SMARTi 3G 为手机制造商提供了他们渴望的解.决方案。

支持全部六个UMTS频段、卓越的技术特性以及5mmX5mm小巧的尺寸SMARTi 3G使手机制造商通过一个简单平台设计,设计全球通用的糸统。因而让手机制造商节省开发时间和资源，使产品更快走向市场。

SMARTi 3G将越来越多地得到手机制造商和平台提供商的关注。经济实用、高度创新的SMARTi 3G有望占据较高的市场份额，续写SMARTi家族的辉煌。

作者：Irina Prjadeha，Rainer Koller博士, Infineon Technologies公司

名词解释

BB 基带
BiCMOS 双极互补金属氧化物半导体
CMOS 互补金属氧化物半导体
DAC 数模转换器
DigRF 数字射频
EDGE 增强型数据速率GSM演进
EVM 误差向量幅度
FDD 频分复用
HSDPA 高速下行分组接入
IIP2 二阶截取点
ICSS 初始小区搜索加速
ITU 国际电信联盟
LNA 低噪放大器
OPV 运算放大器
PLL 锁相环
RF 射频
RX 接收器
SiGe 硅锗
SNR 信噪比
TFRC 传输格式和资源组合
TRX 收发器
TX 发射器
UMTS 通用移动通信系统
VCO 压控振荡器
W-CDMA 宽带码分多址
WFSGA 超细间距半球栅阵列

参考资料

[1]W. Thomann et al., "A Single-Chip 75-GHz/0.35-μm SiGe BiCMOS W-CDMA Homodyne Transceiver for UMTS Mobiles," IEEE Proc. RFIC 2004, Fort Worth, USA, pp. 69-72, June 2004.
[2] DigRF:  The Digital Interface Standard; retrieved from http://www.digrf.com/
[3]3GPP TS 25.306: “UE Radio Access Capabilities”
[4]“CMOS use rises in mobile handsets, says iSuppli” (2005) retrieved from http://www.eet.com/news/latest/showArticle.jhtml?articleID=170701228