一个系统设计解决方案的成本高低主要是取决于芯片的架构，尤其是调制解调器（Modem）、媒体访问控制器MAC（Media Access Controller）的整合度，和所使用的无线电收发器架构的类型。以双频带无线局域网络802.11a/g芯片模块为例，OFDM和CCK调制解调器、MAC功能和host端界面逻辑就必须能够在一个CMOS die上被整合，由于这些都还算是数字电路，所以在技术上是可行的。

就以设计OFDM和CCK的调制解调器而言，可以针对OFDM和CCK使用专属的hard-wired数字信号处理器，或者透过嵌入式可编程数字信号处理器做为OFDM/CCK调制解调器，也可以混合这两种方式来设计调制解调器。选择正确的MAC架构也是一个重要的降低成本的方法。如同所有其他组件一样，MAC的灵活度（flexibility），性能和功率耗损都必须考虑进去。

在使用硬件的MAC加速处理器情况下，搭配嵌入式可编程的数字信号处理器来执行802.11的MAC软件会有最佳的效能。这个软件架构的MAC可以有充分的灵活性支持802.11a、802.11b和802.11g通讯协议，以及IEEE Quality of Service（QoS）规范，安全性规范等。此外，先设计一个802.11a/g的54Mbps的MAC后，可以更容易设计一个支持低速率11Mbps的802.11b WLAN。

双频带零中频无线电收发器架构

降低成本的主要考虑是如何设计一个双频带收发器的架构，传统的无线电接收器设计，大多使用双重混波转换（dual conversion）也就是超外差的方法，若以这样的方式来设计双频带无线电接收器，即802.11a的5GHz频带及802.11g的2.4GHz频带，则会需要更多的外部组件。

因此有部份厂商在双频带无线局域网络802.11a/g的解决方案里，便采用零中频（zero-IF）也就是直接转换（direct conversion）的设计架构。而且采用CMOS制程以期达到更低成本、更低功耗的要求，在该解决方案的直接转换收发器设计中，除了不再需要表面声波中频滤波器，还更进一步整合了低噪音放大器（LNA）、混波器（Mixer）、电压控制振荡器（VCO）、频率合成器和其它的基频滤波器。

以CMOS制程为基础的零中频接收器的主要优势是它可以完全整合进单一芯片上面，(图一)是一个802.11a 5GHz接收器设计，接收器在方块图的上半部。信号从天线经由外部的带通滤波器进入射频IC，这个带通滤波器会先滤掉非802.11a频带的信号或噪声，所以只有频率在4.9GHz到5.8GHz的信号才会进入射频IC，接着处理的是低噪音放大器LNA（Low Noise Amplifier）将信号进一步放大，但同时也压抑噪声的能量。

在低噪音放大器之后就是直接转换混波器，藉由与射频载波频率相同的本地振荡信号，将讯号从射频的频域直接降到基频。并且这个直接转换混波器还将信号分成I（in phase）和Q（quadrature phase）两路再分别送进自动增益控制电路（AGC），这个AGC电路会根据进入讯号的强弱而自动增加或衰减增益，并透过基频滤波器来避免模拟－数字转换器（ADC）的饱和而维持适当的基频讯号位准再送给基频处理器。

《图一 802.11a 5GHz接收器设计》

发射器的部份除了信号的路径相反之外，其原理跟接收器的运作也极为类似。首先基频的I、Q信号由基频处理器送出，再透过一样的本地振荡信号经由直接转换混波器调制到载波频带。接着经由一个功率放大缓冲器（PA Driver）再送到后级功率放大器。

零中频架构技术瓶颈

事实上，零中频的架构的确有比较多的技术瓶颈，例如直流偏移（DC offset）的影响、频率闪烁噪声（Flicker Noise；1/f noise）以及本地振荡的负载变动影响（Pulling）。直流偏移主要是由LNA的非线性效应产生，及本地振荡的漏波信号（LO Leakage）导致自我混波而产生DC成分，直流成分除了会影响接收性能之外，也更容易使接收端饱和而减少动态响应的范围。

闪烁噪声也叫作1/f噪声，是会破坏接收信号的组件本身的低频率噪声。由于零中频设计直接将射频转换为基频信号，所以闪烁噪声尤其对CMOS零中频设计有更明显的影响。

而本地振荡的干扰（Pulling）影响是由于直接转换的架构，当高功率放大器输出时，相对于本地振荡的负载也跟着改变，而这样的变动会干扰这个电压控制振荡器本身。不过，近年来射频电路和调制解调器设计在半导体制程上的进步，使能透过基频处理中专有的射频设计技术加上系统的算法的结合来解决这些问题。包括藉由微调射频芯片内的晶体管来处理闪烁噪声的问题，而直流偏置则可藉由回授的方式来量测并补偿偏置量。因此，直接转换射频设计己广泛地应用于移动电话、呼叫器及WLAN的产品设计中。

双芯片低成本解决方案

由于直接转换的简单架构，使得2.4GHz和5GHz的射频电路能够放置在同一个单芯片内，而对芯片尺寸及封装的成本并不会造成多大改变，主要还是可以免除一颗外部的表面声波中频滤波器，再搭配上一个高度整合的调制解调器和媒体访问控制器，整个就是一个低成本的两颗芯片解决方案。

以超外差设计和零中频设计做比较，若在相同的芯片价格条件下，一般说来，零中频设计可节省10％左右的成本及50％的印刷电路板空间，然而这两个射频架构仍然需要其他的前端（front-end）电路，如diversity天线、switches、接收/发射switches、射频带通滤波器、功率放大器等，由于2.4GHz和5GHz在这些前端组件上所需要的匹配设计不尽相同，因此仍然有很大的机会要将这些前端组件整合入单一芯片或同一封装内。例如功率放大器与T/R switches的整合芯片已在市面上可以见到，并且2.4GHz和5GHz的功率放大器（PA）也可整合进同一个模块中。

最后能够主导整个解决方案的成本的关键就是BB/MAC芯片的整合度，因此在这裹BB/MAC的设计架构也显得相对重要。最有成本效益的双频带芯片架构应整合有完整的OFDM调制解调器、CCK调制解调器、完整规格的媒体访问控制器以支持802.11a和802.11b标准，以及即将来临的802.11g标准。并且也需具备有可加值开发的处理器及软件支持功能以设计如AP router这类产品，并可加强信息安全的处理如802.11i及高质量处理如802.11e。

此外，IC设计工程师更应该特别注意各种接收/发射器设计架构，因为这部份比起BB/MAC可以有更大的弹性来节省成本，也相对地对整个解决方案的成本有较大的冲击与影响。

（作者为RFMD台湾分公司WLAN技术经理）