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手机射频系统整合的不归路
 

【作者: 歐敏銓】2006年01月25日 星期三

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今日的手机,正朝向「三多」的方向发展,即多媒体(multimedia)、多系统(multi-systems)和多模(multi-modes)。这三多对于手机终端的开发带来很大的挑战,其中多媒体应用的技术着重在基频、应用处理器、加速器和高阶操作系统(HLOS)的整合处理架构;多系统(GSM/GPRS/EDGE/WCDMA)和多模(3GPP、Wi-Fi、Bluetooth、GPS、DVB-H)方面的挑战则集中于射频部分的设计。


手机射频系统可分为天线(Antenna)、收发器(Transceiver)、功率放大器(PA)和被动组件(Passive),这些组件所占的面积往往超过整个电路板的一半以上。因此,不论就多系统/多模或空间利用的角度,射频系统都有必要朝整合的方向进展。目前的整合方向有两种,一是从芯片本身下手,二是以模块化的方式来解决。


单芯片整合的方式,主要的决定因素在于制程。收发器由于采用SiGe、Si BiCMOS或CMOS等硅制程,所以组件整合的可行性较高,目前的技术上已能将原本独立分散的接收端与发送端的组件(如Mixers、Filters),乃至于锁相回路(PLL)整合为以硅制程为主的收发器IC。未来可望见到更多的组件被整合在收发器当中,例如将回路滤波器(loop filter)、压控振荡器(VCO)和DCXO(digitally-controlled crystal oscillator)变容器等组件整合为高整合度收发器,为系统提供尺寸小却功能强大的收发功能。


然而,采用GaAs HBT或InGaP HBT等制程开发的PA组件,仍无法与硅制程的组件做单芯片的整合;在制程不兼容的情况下,就得朝模块化的方向进行整合。目前多模射频模块化的作法上包括天线开关模块(Antenna Switch Module, ASM)、功率放大器模块(Power Amplifier Module, PAM)、前端模块(Front End Module, FEM)以及发射器模块等,例如可将T/R Switches、Duplexers、以及PA等组件整合为一个功率放大器模块。


除了收发器与PA外,天线设计也是一大关键。在天线技术上有两个发展的面向,一是采用空间分集及空间多任务的智能型天线设计策略,另外则是有限的设备空间中采用优化的小型天线设计技术,例如偶极天线(Dipole Antenna)、单极天线(Monopole Antenna)、平板天线(Patch Antenna)与短路天线(PIFA Antenna)等。其中优化的考虑必须透过审慎考虑天线的位置、距离以及接地面的规划等,来满足高隔离性、宽带、高整合度、小尺寸和低成本等要求。


一台小小的手机,其内部的电路与组件组合已历经多次的改朝换代。整合,似乎是一条不归路,但是否有止境,最终能发展出一个最简单的系统型式呢?只要市场的需求还在变化,这种结果恐怕就不会出现;整合了旧的功能、有了多的空间,就会有新的功能和组件想放进来。手机,还真是个令人捉摸不定的东西。


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