NB-IoT芯片RF Analog前端架构与电路设计要点

1、NB-IoT芯片RF/Analog前端架构与电路设计关键点第1页目录1. 系统规范 IC SPEC定义？2. 实现Low Power？3. RF收发机（Transceiver）架构?4. RX通道Block介绍？5. TX通道Block介绍？6. Summary第2页1-1.NB-IoT设计目标Sensitivity(BW,NF,SNR)第3页1-2. NB-IoT指定频段NB-IoT沿用LTE定义频段号，Release 13为NB-IoT指定了14个频段。第4页1-3. 中国运行商频段B1/B2/B3/B5/B8，这5个Band同时覆盖了中国，北美，欧洲，日韩以及俄罗斯。它们包含了高低频段，

2、是用于 NB-IoT 方案设计主要频段组合。 考虑到整个 NB-IoT 应用频段，那么需要支持频率覆盖区间为 699960MHz， 17102200MHz。 考虑到国内 NB-IoT 应用频段，那么需要支持频率覆盖区间为 824925MHz， 17102170MHz。 第5页1-4. NB-IoT终端芯片系统Diagram CMOS工艺系统集成，以下除外： 天线、双工器、SAW、发射PA 片内：LNA、PA Driver 双频独立设计第6页1-5. NB-IoT终端芯片RF主要SPEC 针对国内运行商，工作频段为 B1/B2/B3/B5/B8 Band 零中频接收机 NF 在 6dB 左右（片

3、内+片外） SNR=0dB 时，天线口灵敏度-115dBm180KHz BW 最大接收功率大于-10dBm 零中频发射机 片内Power Driver发射功率0dBm，+片外PA 片外loss=23dBm （CMOS SOC集成23dBmPA，极难实现） ACLR 在 45dBc第7页目录1. 系统规范 IC SPEC定义？2. 实现低功耗设计？3. RF收发机（Transceiver）架构?4. RX通道Block介绍？5. TX通道Block介绍？6. Summary第8页2. Low Power Design降低协议栈处理开销PSM（Power Saving Mode）eDRX（enha

4、nced Discontinuous Reception）增强型非连续接收单天线和FDD半双工模式RX/TX（架构、电路）电流优化BaseBand Idle 电流优化第9页2-1. Low Power Design 降低协议栈处理开销第10页2-2. Low Power Design PSM（Power Saving Mode） 物联网终端不一样于手机，绝大部分时间在睡觉，天天甚至每七天就上报一两条消息，完事后就睡觉。所以它无须随时监听网络，PSM就是让物联网终端发完数据就进入休眠状态，类似于关机，不进行任何通信活动。第11页2-3. Low Power Design eDRX（增强型非连续接

5、收） 手机能够断断续续接收信号以到达省电目标。NB-IoT扩展了这个断续间隔，可扩展至2.91小时，愈加省电。第12页2-4. Low Power Design单天线和FDD半双工模式 Release 13 NB-IoT仅支持FDD 半双工模式，意味着无须同时处剪发送和接收，比起全双工成本更低廉，更省电。第13页2-5. Low Power Design不一样工作模式下功耗比较 耗电：TX RX Idle(eDRX) Sleep(PSM)第14页2-6. Low Power DesignPSM功耗最小化 (e.g. 4uA) 最少PSM Timer等电路work，其它电路power-off；

6、Timer由Regulator驱动，能够DVDDL 20dB 全差分； 共源； 源级简并电感； 单端LNA示意电路 -(实现电路：Balun转差分+全差分LNA）第22页4-2. RX：Mixer设计Gilbert Mixer 优点结构简单；直接取得转换Gain 缺点Linearity差；1/f noise影响大第23页4-2. RX：Mixer设计Passive Mixer (Current mode) 推荐采取 优点：Linearity好（尤其对于Low VDD应用）；1/f noise影响小（多源于TIA）第24页4-3. RX：IF-Filter设计 按照迫近方式对Filter原型进行

7、分类 NB-IoT提议采取2阶Butterworth Low-Pass Filter 第25页4-3. RX：IF-Filter设计 相比于 Gm-C Filter，Active-RC Filter更适于高性能（Linearity, Noise）、低中速应用。 RX架构中LPF+PGA Gain-Adjusted LPF Tow-Thomas Biquad电路：各参数设计自由度高 第26页4-3. RX：DC-offset Cancellation Analog Cancellation 实时反馈 高通截止频率h=gmRa/RC必须足够小，防止损失有用信号信息降低EBR。 不适合NB-IoT低

8、速zero-IF（RC过大无法集成） 第27页4-3.RX：DC-offset Cancellation Digital Cancellation 先校准，保留SAR 数据，再接收信号 NB-IoT推荐使用第28页4-4. RX：ADC结构选择 （Why SAR?）：10bits, fs=30.72MHz SAR特点：简单（低成本）； 几乎无Analog电路（低功耗） Before：用于低速（N个fs完成转换） Now:中高速，100MHz级别（1个fs完成转换)原因：高速异步时钟采样 CMOS Cap工艺进步第29页4-4. RX：ADCCMOS工艺中Capa实现 MIM MOM Cmin：

9、约100-1fF（确保相对精度）第30页4-4. RX：ADC异步SAR量化原理 单调、单调反转拓扑 单调SAR架构和时序第31页目录1. 系统规范 IC SPEC定义？2. 实现Low Power ？3. RF收发机（Transceiver）架构?4. RX通道Block介绍？5. TX通道Block介绍？6. Summary第32页5-1. TX-Analog Analog Baseband in TX DAC Current-Steer; 10bits; fs=30.72MHz LPF 2-order passive-RC第33页5-2. TX：TX-RFTX-RF: zero-IF up-conversion up-Mixer: Gilbert; PGA: Meet TX gain adjusting range ( 50dB ) PD: Class-AB PA Driver, 0dBm.Up-Mixer第34页5-3. TX：Spectrum Emission Mask 发射信号频谱 RAN4#78bis规范第35页目录1. 系统规范 IC SPEC定义？2. 实现低功耗设计？3. RF收发机（Transceiver）架构?4. RX通道Block介绍？5. TX通道Block介绍？6. Summary第36页6. Summary 以上演讲Block