【无线射频芯片】-最恰当的发射架构

1/1为今天的多模手机选择最恰当的发射架构在竞争激烈的GSM电话终端市场上，终端制造商开头期盼可以加快开发速度和缩短开发周期的解决方案。由于越来越多功能丰富的新型手机开头集成百万像素数字相机、蓝牙技术和多媒体功能，设计者开头查找尺寸更小和集成度更高的放射和接收RF模块，它们能够在供应卓越性能水平的同时占用更小的板空间。

为了能够让更多的设计师快速完成这些日益简单的新型手机终端的设计与开发，元器件解决方案供应商在如何去满意一些存在固有冲突的设计要求方面面临着挑战。为了满意这些市场需求，RFMicroDevices(RFMD)公司的设计人员开发出了RF7115放射模块(TxM)。

这种放射模块使得GSM射频前端向实现全面集成又前进了一步。作为该应用市场的一家主要元件供应商，我们见证了分立式射频前端解决方案的设计简单性，这一简单性经常导致GSM手机制造商无法顺当地进入量产阶段。这一体验促使我们开发出了一种嵌入功率放大器(PA)裸片和匹配电路的模块，并称之为功率放大器模块(PAM)。在此基础上，我们又进一步在PAM中嵌入了集成的功率掌握，它可以替代简单且敏感的掌握环路，这一环路的设计目的是使PA输出能够很好地转换成GMSK突发模板(bursttemplate)。

在GMSK模式，为了满意ETSI规定的时序规范或限制，PA有突发时序要求。一个突发模板简洁来说就是TxM模块掌握信号的建议或实现时序，它用来确保在一个放射突发脉冲的上升和下降阶段，全部的ETSI限制都能得到满意。这一革命性技术进步可把电话平台的开发时间缩短1/4。

TxM的好处

除了尺寸减小和元件数量削减等显而易见的优点之外，同分立实现方案相比，TxM还在哪些方面的确给设计者带来了好处呢？

降低Tx和Rx路径上的插入损失

一般来说，放射模块通过集成任意数目的开关配置和内部架构来实现天线开关功能。常见的TxM模块架构包含两个Tx路径开关和3或4个Rx路径开关，并通过一个公共节点连接到天线。典型的配置采纳SPXT或级联设计。

尽管早期的开关模块绝大部分采纳PIN二极管实现，但较新的设计都利用定制pHEMT开关设计来实现类似的或更好的性能。在各种开关设计方案中，基于pHEMT的设计的一个切实好处是降低了通过开关的插入损失(IL)。

通过对pHEMT开关的引脚和谐波匹配滤波器进行细心的设计，可以把在Tx信号路径上的插入损失降到最小。通过尽可能地降低插入损失，PA输出功率可以更高效地传送到天线。这在TxM中是可以做到的，由于设计者对PA输出匹配和对匹配/网格(filet)及pHEMT输入的掌握有充分的了解。与目前的PAM和ASM(天线开关模块)组合方案相比，这可给设计师带来某种程度的敏捷性。这是可能的，由于TxM设计师已经不再被限制在50欧姆的输出环境中。他可以选择合适的阻抗来同放大器的输出进行匹配(典型值为2-4欧姆)，并把它直接同一个pHEMT开关相匹配。这意味着只使用了一个匹配网络，因而可削减损失(见图1)。

插入损失之所以能减小，是由于你无需再执行将PA输出端和ASM输入端的阻抗转换到50欧姆的任务。这可削减高达0.5dB的放射链损失，从而可为GSM模式节约150mA，为PCS/DCS模式节约90mA。

类似地，接收路径(Rx)内部匹配拓扑也得益于50欧姆转换的消退，在TxM的Rx侧可以得到同样的好处。Rx插入损失的降低提高了Rx灵敏度。

改善谐波性能

随着上市时间的重要性不断提高，设计复用已成为开发者所面临的一个共同课题，这导致了越来越多的手机开发平台的消失。我们已经看到，这一基于平台的开发趋势已越来越明显，将来很多手机设计都将采纳射频收发器和PA+ASM的组合解决方案。但当把这个"知名'的平台应用于不同外形因子的设计时却遇到了许多困难。尤其是，蛤壳、糖棒和滑盖形手机外形因子都造成了天线与射频modem之间的不匹配和PCB性能的变化。因此，在一个外形因子下工作良好的平台与在另一个外形因子下的表现可能有很大差别，这通常会造成整体性能的下降。在这些状况下，天线差别通常是肇事元凶。

射频平台设计师可以得益于拥有一个紧密掌握的PA输出、谐波滤波器和开关接口。TxM向设计师供应了一个受控的环境，从而设计师可以优化从PA发出的谐波。这也使得该射频设计变成了一个真正可以适应各种外形因子的平台，TxM所包含的性能可以通过由制造商制订的电?规范得到保证。这一点对典型的PA+ASM平台设计来说是完全做不到的。

TxM是以解决大多数手机设计者面临的一个设计困难而开发的。而且，即便在手机设计师完成了一个鲁棒设计之后，对精密匹配的任何修改都可能严峻转变阻抗并影响在天线上所测到的谐波水平。通过保持这一接口的完整性，TxM设计师有更大的机会在极限条件下，甚至在不匹配的条件下来抑制谐波。例如，对TxM设计来说，通常可以实现在全部极限条件下以低于-35dBm的谐波水平达到4:1的VSWR(电压驻波比)(见图2)。这产生了一个特别鲁棒的解决方案，而且可以在很多不同的外形因子考虑因素下使用。

敏捷的收发器信号路由

如前面所提到的，最新的TxM在设计中使用了pHEMT开关。在天线开关部分，使用pHEMT开关的优点源于可以把Rx端口设置成路由所要求的任何方式。pHEMT输入频率响应是宽带的，事实上，它允许把任何端口指定为高波段或低波段。这使得可以独立于任何特定的收发器来单独使用GSMTxM。我们猜测，这一点在ODM环境中特殊有用，由于ODM通常会基于基带的选择保留2到3种不同的收发器配置，但对于PA，一般仅会从主要的批量供应商中选择一家。

传送WCDMA信号的潜力

对新兴的多模应用特殊便利的一个特性是，TxM模块可以指定一个未使用的端口作为独立的WCDMATx/Rx信号的通过端口。在当今这个向多模应用转换的时刻，市场上常常产生对利用独立的WCDMA和GSM/GRPS射频链路的快速捆绑式解决方案的需要。在一个GSM/GPRSTxM中利用一个未用端口来进行开关掌握的力量消退了对一个独立ASM和??持WCDMA射频链匹配元件的需要。这一方案既可节约成本，又可减小尺寸，而这两者对这个新兴市场来说都是特别重要的。

RFMD公司已经在WCDMA频率和功率水平上测试和表征了这种pHEMT开关端口的线性度和互调功能。其结果表明，将Rx端口之一用作WCDMA通道是可行的。表征包括互调测量、插入损失、ACP降级、谐波生成和pHEMT开关产生的热量。

TxM模块的其它特性包括：易用性、内置8KVESD爱护电路、以及削减的外接元件数量。TxM模块可同时供应改进的性能和易用性，这两者在手机设计中经常不能同时得到满意。其中可在大多数商业TxM模块中发觉的"易用'特性之一是设在天线端口的集成型ESD爱护。它包含一个用来抑制由于modem元件损坏而产生的任何高压短时脉冲的板上感容电路。这是一个特别有用的功能，由于在Rx路径上的大多数SAW滤波器对ESD暂态电压的爱护力量是特别令人怀疑的。此外，这些ESD滤波器完全符合IEC61000-4-2的8KV接触放电要求。

TxM模块除允许设计师实现更高水平的性能之外，它所需要的外接元件数量也削减了，这一点也是特别重要的。作为将来进展趋势的一部分，新一代的集成模块连续面临着削减实现射频解决方案所需要的外部元件数量的挑战。

TxM模块也面临着同样的挑战，事实上，TxM模块特殊将这些集成度需求作为其存在的一个基本前提。TxM模块不仅削减了外部元件的数量，而且还消退了对灵敏的内部元件匹配电路的需要。同相同功能的其它实现方案相比，TxM模块可以关心设计师减小总的版图尺寸。典型的数字表明，与竞争性PA+ASM解决方案相比，可以削减30%到50%的版图面积。

缩短电话平台开发时间

TxM模块是一种特别鲁棒的解决方案，这可直接归因于使用了内部匹配电路。其真正的好处是可以降低开发成本。此外，TxM解决方案将极大地缩短开发时间和上市时间。

在一个应用中实现一个TxM主要是一个验证性能的问题，而不是设计和微调灵敏RF电路的问题，但对于传统的PA+ASM解决方案来说后者是一个主要问题。电话平台开发时间的削减对手机的快速上市力量有重大影响。为了在这个极具竞争性的手机市场上占有肯定的地位，上市时间已经被视为衡量手机制造商力量的最高尺度。

真正的"防窜改'解决方案

当使用TxM来开发一个平台时，我们还可以清晰地看到因TxM模块的鲁棒性和性能全都性所带来的另外一个好处。由于TxM模块的集成度特别高，因此当移植到各种其它外形因子的平台时，因交换元件而造成性能下降的机会很小。很稳定的参考设计有时不得不在现场进行调整，有时这状况还很普遍，由于手机制造商有时会突然选用与最初准备不同的PA/ASM组合。

制造商的动机通常很有道理，由于选用其它元件可能带来吸引人的成本节约和供货方面的好处。不足之处是经常需要付出更多的工程努力来修补一个原来已经获得FTA认证的系统。对参考设计供应商和PA供应商来说，??持这么多制造变量可能是困难的和昂贵的，由于它可能代表着你必需付出许多的隐性成本。因此，采纳可防"窜改'的解决方案可以保持更多的利益，而TxM模块是实现这一目标的一个新兴的关键元件。

本文结论

作为全球最大的手机功率放大器供应商，RFMD公司将连续同客户一起优化PA+ASM组合解决方案，并开发出系统实现所需的全部细节。这个阅历已经证明，在缩短开发时间、减小电路板版图面积和削减供应链管理需要的同时，即使与最好和最优的设计相比，TxM模块仍旧代表更高的总体性能。

此外，随着对多功能设备的需求不断增长，为了能够在相同的外形因子中容纳更多的功能，手机正在要求更小的射频解决方案。我们清晰地看到，要满意这些多功能设备的集成要求，TxM模块将变成不行缺少的基本器件。在理解了该器件所包含的全部这些好处之后，我们明确期望TxM模块能够成为我们在2023年发货量的一个重要部分，并盼望在2023年对这类产品的需求会有大幅度提高。

通过RF3178的批量发货，RFMD公司已经在放射模块市场上确立了我们的地位。该元件是我们的Polaris2方案(一个基于E