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利用射频开关优化智能手机信号
来源:本站整理  作者:佚名  2011-11-04 12:41:10



根据系统分割方法,开关可能包含GSM发送谐波频率滤波功能。这种配置通常被称为天线开关模块(ASM)。一些改进的开关可能还包含声表面波(SAW)滤波器,组成微型模块封装中完整的开关/接收滤波器。不管是ASM或没有GSM滤波器的开关,还是完整的发送/接收开关和SAW模块,主通道开关总是包含紧凑模块中的主开关和控制逻辑功能。

  用于智能手机应用的高掷数开关通常采用GaAs伪晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺制造,不过这些产品也可能使用标准硅CMOS和绝缘硅(SOI)技术开发。每种方法都有优缺点,而选择通常取决于最终用户的要求。

  Skyworks Solutions公司最近开发出多款高掷数的开关,其中包括用于多频段操作的单刀十掷开关。举例来说,型号为SKY13362-389-LF的单刀十掷(SP10T)开关支持多达5个3G蜂窝通信频段。这种开关由4个CMOS/TTL兼容的控制电压所控制,集成了CMOS解码器和GSM发送滤波器,可在单个+2.5V至+3.0VDC电源下工作,工作频率范围从0.4GHz至2.2GHz。从天线端口到收发器端口的典型插损值为0.5dB,天线端口到任一GSM发送端口的插损是1.1dB,天线到接收端口的插损也是1.1dB。隔离度至少17dB,最高32dB(取决于测量的是哪两个端口)。这种开关具有5μs的切换速度,在UMTS模式下测试时的输入3阶截取点为+61dBm或更高,开关采用3.0x3.8mm扁平无引线(QFN)封装供货。

  Skyworks Solutions公司推出的型号为SKY14152的前端模块包含有集成式绝缘硅开关和控制器、GSM发送滤波器和单频段差分SAW接收滤波器。其中的开关是一种单刀八掷(SP8T)元件,工作频率范围从0.4GHz至2.17GHz。在开关的发送接收端口可以承受至少+27dBm的功率,典型的插损在0.7dB以下。任何两个端口之间的隔离度至少有30dB。SKY14152模块针对数据卡应用作了优化,采用20引脚、3.2x3.2mm多芯片模块(MCM)封装供货。

  在一些手持式应用中,允许直接连接手机电池(具有正确的电源电压范围)的产品是很有用的。未来设计也可能从基于GPIO的控制接口转为工业标准可编程接口中,以适应高掷数的天线开关模块应用。

  随着3G多模和多频架构的普及,对频段/模式开关的需求越来越多。高线性的频段和/或模式开关可以在宽带码分多址(WCDMA)信号通过天线开关模块发送出去之前,将该信号从功率放大器(PA)输出端切换入合适的频率双工器。对频段或模式开关的要求取决于所选择的功放架构。在单模架构场合,由于GSM发送通道和线性宽带CDMA通道是分开的,因此只要求频段开关能够将WCDMA信号从功放输出端传递到双工器。在多模、多频信号路径架构场合,由于GSM和WCDMA信号通过同一功放发送,模式开关必须能够处理更大功率的饱和GSM调制信号。两种功放架构一般都有一条高频段和一条低频段放大器链。在单模架构中,开关只需用来选择多个宽带CDMA双工器中的一个。

  根据需要支持的宽带CDMA频段数量,频段或模式开关通常是单刀双掷(SPDT)或单刀三掷(SP3T)配置。然而,在空间十分宝贵的设计中,这个功能可以合并为双刀四掷(DP4T)开关或双刀五掷(DP5T)开关,这样的配置可以处理多达5个频段。对这些开关的要求取决于开关必须处理的射频信号电平。目标是提供足够的线性度,不给系统增加由开关引起的信号失真。

  频段开关可同时用于前置功放和后置功放,因为在多频段平台中频段会增加或合并。选择pHEMT还是绝缘硅技术通常由实际控制电压的大小决定。当控制电压为2.8V或以上时,pHEMT技术是一个很好的选择。当射频子系统使用较低电压的逻辑信号(如1.8V)时,绝缘硅技术更加合适。与高掷数的开关不同,低掷数的GaAs器件由于尺寸受限,通常不会采用电荷泵电路。

  Skyworks Solutions公司提供的频段/模式开关产品包括适合低逻辑电平(1.8V控制逻辑)的绝缘硅器件和GaAs pHEMT器件。绝缘硅开关器件包括SPDT型号SKY13330-397LF、SP3T型号SKY13345-368LF和双刀四掷(DP4T)型号SKY14155-368LF等。GaAs pHEMT集成电路(IC)包括型号为SKY13351-378LF、SKY13320-374LF和SKY13321-360LF的SPDT开关、型号为SKY13309-370LF和SKY13317-373LF的SP3T开关以及型号为SKY14151-350LF的SP4T开关。

  在新兴的无线手机和数据卡应用中,经常会使用第二个或分集接收天线以及相关的接收机信号链。分集接收技术用于提高数据速率,特别是在数据吞吐量最关键的场合。基于成本和功耗的考虑,实用的分集技术只应用于终端设备中的接收侧,不包括发送信号路径。根据所需支持的宽带CDMA频段数量,在分集天线处需要使用一个合适的开关。在大多数情况下,要求使用SP3T、SP4T或单刀五掷(SP5T)开关。与主要路径天线使用的开关相比,这些射频开关的承受功率要求要低一些,因为这些开关不需要通过很高功率的发送机信号。

  Skyworks公司针对分集应用设计了多款产品,SKY13322-375LF SP4T开关、SKY14153-368LF SP4T开关、SKY13345-368LF SP4T开关和SKY14151-350LF SP4T开关就是适合分集应用的一些最流行器件。将来的产品中还将包括SP5T开关SKY13358-388LF。举例来说,型号为SKY13322-375LF的GaAs FET SP4T开关可以工作在0.1GHz至6.0GHz频率范围,1GHz时的典型插损值为0.45dB,1GHz时的典型隔离度为28dB。这种开关的1dB压缩点(P1dB)为+30dBm,采用10引脚的微型引线框双路封装(MLPD),尺寸为2x3mm。型号为SKY14151-350LF SP4T的分集开关可以工作在0.1GHz至2.5GHz频率范围,1GHz时的隔离度为29dB,1GHz时的插损典型值为0.4dB。这款开关还集成了解码器,仅使用两根TTL兼容的直流控制线来控制4个开关端口。该开关可以处理功率达+34.5dBm的900MHz射频和功率达+31.5dBm的1.8GHz射频信号。这是一种对称型开关,专门针对GSM/WCDMA/EDGE作了优化,可以在+2.5至+3.0VDC的单电源下工作,并采用3x3mm QFN封装供货。此外,4G标准对用于多入多出(MIMO)操作的第二副天线组件作了规定。在较简单的实现中,MIMO可以通过选择更强的接收信号或合并两个独立天线端接收到的信号提高总的接收信号强度,从而促进数据速率的提高。在较为复杂的实现中,MIMO可以用来在基站和手机之间同时传送两个(或多个)独立数据流。第4代蜂窝标准LTE的推出将驱动更多的分集路径配置,因为智能手机扩大了便携式设备的数据吞吐能力。

  在移动连接方面,开关对于信号路由和将不同无线信号连接到天线来说至关重要。智能手机中的蓝牙无线电、Wi-Fi连接和移动电视接收功能都要求额外的开关功能。近年来,智能手机类设备中移动连接的附加速率(更多功能以此速率添加到手机中)显著提高。蓝牙和调频收音机的附加率大于50%,全球定位系统(GPS)和Wi-Fi的附加率接近20%。在单个芯片中整合了多种通用移动连接技术(蓝牙、Wi-Fi和调频收音机)的芯片组的推出进一步推动了这些附加功能的流行和普及。

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