RF7115发射模块推进手机系统设计集成

由于越来越多功能丰富的新型手机开始集成百万像素数字相机、蓝牙技术和多媒体功能，为了能够让更多的设计师快速完成这些日益复杂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足一些存在固有矛盾的设计要求方面面临着挑战。为了满足这些市场需求，RF Micro Devices(RFMD)公司的设计人员开发出了RF7115发射模块(TxM)。这种发射模块使得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复杂性，这一复杂性常常导致GSM手机制造商无法顺利地进入量产阶段。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控制，它可以替代复杂且敏感的控制环路，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(burst template)。在GMSK模式，为了满足ETSI规定的时序规范或限制，PA有突发时序要求。一个突发模板简单来说就是TxM模块控制信号的建议或实现时序，它用来确保在一个发射突发脉冲的上升和下降阶段，所有的ETSI限制都能得到满足。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减少等显而易见的优点之外，同分立实现方案相比，TxM还在哪些方面确实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，发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。典型的配置采用SPXT或级联设计。尽管早期的开关模块绝大部分采用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精心的设计，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，因为设计者对PA输出匹配和对匹配/网格(filet)及pHEMT输入的控制有充分的了解。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灵活性。这是可能的，因为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，因而可减少损失(见图1)。

图1 插入损失之所以能减小，是因为你无需再执行将PA输出端和ASM输入端的阻抗转换到50欧姆的任务。这可减少高达0.5dB的发射链损失，从而可为GSM模式节省150mA，为PCS/DCS模式节省90mA。类似地，接收路径(Rx)内部匹配拓扑也得益于50欧姆转换的消除，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。(见表1，使用RF7115和传统双波段/三波段ASM的Rx插入损失数据的柱状图比较。)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出现。我们已经看到，这一基于平台的开发趋势已越来越明显，未来许多手机设计都将采用射频收发器和PA+ASM的组合解决方案。但当把这个“知名”的平台应用于不同形状因子的设计时却遇到了很多困难。尤其是，蛤壳、糖棒和滑盖形手机形状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，在一个形状因子下工作良好的平台与在另一个形状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。在这些情况下，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控制的PA输出、谐波滤波器和开关接口。TxM向设计师提供了一个受控的环境，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形状因子的平台，TxM所包含的性能可以通过由制造商制订的电气规范得到保证。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重改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，通常可以实现在所有极限条件下以低于-35dBm的谐波水平达到4:1的VSWR(电压驻波比)(见图2)。这产生了一个非常鲁棒的解决方案，而且可以在许多不同的形状因子考虑因素下使用。

图2：在4:1 VSWR时的谐波水平。灵活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(见图3)。这使得可以独立于任何特定的收发器来单独使用GSMTxM。我们预测，这一点在ODM环境中特别有用，因为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。

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