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寻求射频芯片技术与应用热点

发布时间:2022-03-30 发布时间:
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随着通信技术的飞速发展,多标准、多模式的通信系统在市场上广泛应用。如果我们还是采用现有的射频技术,将远远满足不了市场的需求。

对于射频技术的发展来说,首先要实现系统的模块化、集成化。在此基础上,我们必须基于数字电路的发展,提高射频电路在多标准、多模式环境下的应用能力,也就是我们通常所说的“软件无线电技术”。目前该技术在较低频段,已经得到一定的应用,随着数字电路的不断发展,软件无线电技术的应用范围将越来越广。

我公司对于这种发展趋势,已经采取了相应的对策,我们已经着手开发相应的产品,我们称之为“DIGITAL RF”的芯片。在不久的将来,该芯片就可以面向市场。 Arun Palwankar

我们认为CMOS是主流的射频芯片制造工艺。通过采用成熟的130 纳米CMOS制造工艺和通用制造设施生产各种收发器产品,英飞凌能够成功地满足客户对降低平台研发投资和提高制造灵活性的要求。

采用标准化CMOS工艺制造英飞凌的高度集成化射频芯片,能够为手机制造商带来诸多好处,例如减少元件数量、简化元件物流程序、节省板卡空间等等。手机主板更低的功耗能够进一步延长手机的待机和通话时间。此外,英飞凌高度集成的射频收发器能够加快原始设备制造商(OEM)和原始设计制造商(ODM)的开发周期,同时降低他们的研发成本。

魏述然

随着技术的发展,无线通信技术的应用面将越来越广,将提供越来越高的带宽及同一设备多种无线协议共同工作的能力(多模)。

从技术角度而言,RF领域的发展趋势包括如下几个方面:

1.随着宽带无线系统的不断推出,系统对于信道利用率的要求越来越高,这对信道编码技术及空中接口技术提出了新的挑战。对于射频部分来说,则提出了更高的线性度和更低的带内、带外噪声指标要求。射频芯片的挑战还包括更高的接收灵敏度和更低的噪声系数,优异的性能是对产品的最基本要求。

2.CMOS将成为适合于射频IC的主流工艺。随着无线通信产品向消费电子领域转化,对产品成本的要求也越来越高,高性价比的射频 IC将无可争辩地占据市场。CMOS将以其成本方面的优势替代BiCMOS 或SiGe工艺成为RF芯片的主流工艺。当然,除了CMOS工艺的成本优势以外,另一个逐步重要起来的因素是易于实现在数字域对射频信号进行处理。这对于提升芯片性能及开发多模芯片具有重要的意义。

3.更高的集成度。射频芯片集成度的提高,射频电路其他器件数量的减少,意味着更低的BOM(物料清单)价格和产品成本、更高的产品稳定性和良品率。而对于射频芯片设计公司来说,集成度包括芯片电路的集成和芯片功能集成两个方面。我们希望能够在实现芯片电路集成的基础上,将越来越多的功能集成在单射频芯片中。

集成化给射频芯片提供商带来哪些新挑战? ●要实现更低的成本 ●单芯片的解决方案

朱晓冬

随着市场的不断发展,Skyworks在2005年推出了新一代射频单芯片解决方案-SPR2(SKY74504系列)。该系列芯片有双频、三频、四频三个版本。在继承了上一代SPR芯片的所有优点的基础上,采用新一代芯片技术,着重提高了产品的技术性能,进一步减少了芯片的面积(10mm×11mm)。该芯片能够支持GPRS CLASS12,满足了大部分GSM市场的需求。

现在国内的手机设计公司和生产厂家的技术力量越来越强,已经不再满足于国内市场的开发,逐渐把目光瞄准全球GSM市场,而在欧洲等其他地区,EDGE功能逐渐成为手机的必备功能。面对飞速发展的市场,我们将在2006年推出能够支持EDGE功能的射频单芯片解决方案 SPR3,来满足市场的需求。 Arun Palwankar

早在6年前,英飞凌就率先推出了集成VCO功能的单片射频收发器,使得手机制造商能够更加灵活地增加新功能,同时降低产品成本。

英飞凌公司的SMARTi收发器是为所有蜂窝标准提供最好性能的CMOS射频收发器,并且将逐渐发展成为单片射频多模式收发器。同时,英飞凌公司在全球第一家提供了集成了一个四频段射频收发器和一个基带处理器的单片CMOS器件。单片GSM器件E-GOLDradio可在不到4平方厘米的板空间内实现基带和射频功能,比原来两芯片解决方案所需要的面积减少了30%左右。

目前,手机电子元件至少占手机生产成本的50%,因此,新型半导体解决方案的好处表现在多个方面。它们不仅能够降低手机制造商的制造和物流成本,还能在采用各种移动通信标准的其他工业产品和消费类电子设备中实现通信功能。

例如,英飞凌高度集成化射频/基频芯片E-GOLDradio,能够使手机的生产成本从目前每部35美元降低一半左右,为批量生产成本低于20美元的超低价位手机奠定了基础。将来,在那些拥有移动网络但人们却无力购买手机的地区,人人拥有手机就不再是一个梦想。

魏述然

从射频IC设计者的角度来看,多芯片的方案更易于设计,其DEBUG 过程也更简单。但是对于一个技术领先的公司来说,单芯片方案已经成为当今主流的产品开发方向。其主要好处是更低的产品成本,易于芯片应用者PCB布板及更佳的可靠性保证。因此,我们认为单芯片的射频方案将成为一种必然的趋势。

3G应用成为射频重点,这为不同标准产品提出哪些要求? ●借助超低成本解决方案确保3G通信的高性能 ●TD-SCDMA射频套片关注多模

朱晓冬

在CDMA领域,由于美国高通(QUALCOMM)公司独家掌握了基带电路的技术专利,因此,对于其他芯片公司来说,主要是在射频电路方面的竞争。

2005年,Skyworks在IS-95和CDMA2000方面推出了多款集成射频芯片,对于发射支路,我们将VCO、锁相环、I/Q上变频器、可变增益预功放、功率放大器集成在单一发射芯片里面;对于接收支路,我们将低噪放、VCO、锁相环、I/Q下变频器等电路集成在单一接收芯片里面。这样,对于CDMA手机,只要采用两片射频芯片就能完成整个射频收-发信功能。

在WCDMA领域,Skyworks将推出WCDMA+EDGE的双模及多模射频芯片,还将同TD-SCDMA基带厂家合作推出TD-SCDMA+ EDGE的多模射频芯片。 Arun Palwankar

关键的要求是借助超低成本解决方案确保3G移动通信的高性能。

2005年上半年,英飞凌推出了全球第一款CMOS单芯片六频段射频收发器SMARTi 3G,它适用于新一代通用移动通信系统(UMTS) 移动电话。这款芯片支持全球各地所规定的6个UMTS工作频段。采用 SMARTi 3G的UMTS手机能够在欧洲、亚洲、北美和日本等地区使用。

对TD-SCDMA标准而言,必须开发专用射频芯片组,但关键的射频IP必须基于能够重复使用的标准化构件。作为全球领先的射频解决方案提供商,英飞凌能够提供该类射频构件。

魏述然

中国不缺乏系统指标的定义能力,更不缺市场,缺乏的是设计IC 来实现标准的能力,这一点在TD-SCDMA上表现很明显,不过情况正在发生着改变。

锐迪科在成功开发并量产SCDMA射频套片(Transceiver+PA) 后,继续投入技术力量开发TD-SCDMA射频套片。我们认为这是我们的一种责任,中国拥有自主知识产权的标准,应该由中国自己的射频芯片来实现。

就产品特点方面,锐迪科的TD-SCDMA射频套片的第一个重点是多模,即开发在GSM/GPRS及TD-SCDMA两种模式下工作的射频套片。另一个重点是单芯片,即开发单芯片射频收发器。此外,我们开发的芯片将延续已有的技术,并基于CMOS工艺。相信锐迪科TD-SCDMA 射频套片推出后,将为TD-SCDMA标准的推广,为TD-SCDMA终端性能的改善并降低成本做出巨大的贡献。

基站应用领域对RF芯片供应商提出哪些要求?

●同样是集成化的要求

●更高的技术指标、更高的精度和可靠性要求

朱晓冬 Skyworks的射频电路在基站方面已经有了十余年的应用。用于基站的射频元器件有多个门类数千种产品。其中包括:频率综合器、射频功放驱动电路、混频器、衰减器、功分/合路器、定向耦合器、移相器等等。

简单来说,我公司除了射频大功率放大器没有相应的产品以外,其余基站应用的射频器件我们都有相对应的产品。但是,就像众所周知的那样,基站的射频电路的设计各公司的差别很大,很难有一个集成的解决方案。所以,我公司在2006年将着重和几家大的基站厂家合作,希望在基站射频电路的集成化、模块化方面有一个较大的突破。 Arun Palwankar

对于基站应用,我们认为,射频元件的发展趋势同样是集成化,这样就能最大限度地减少电子元件的数量。要想在这个市场上取得成功,最主要的要求是开发出适用于GSM、EDGE、CDMA、WCDMA和Wi Bro标准的全系列多模射频芯片,就像英飞凌一样。

魏述然

一般而言,基站应用领域与手机应用相比,对于RF芯片有更高的技术指标,更高的精度和可靠性要求。当然,为了简化基站设计及适应基站小型化的需求,基站设计者正在不断地寻求将高性能芯片应用于基站之中。

如何看待高集成单芯片市场发展?在RF部分与基带芯片整合后,对RF芯片供应商有怎样的冲击?RF芯片供应商应如何面对SoC市场压力?

●芯片的集成度越多,客户的接

受程度就越高

●单芯片方案和分立方案各有利弊,将在一个时期内共存。

朱晓冬

目前,许多厂家都在努力提高芯片的集成度,我公司也在不断探索新的集成方案。

今年,我公司推出了新一代多媒体手机方案Lynx,此方案集成了 ARM9,支持MP3、MPEG4等多媒体功能,整机方案只需75个元器件。

在此同时,其他的芯片厂家也在尝试将所有的基带电路、RF整合在单一芯片里面,形成所谓的单芯片解决方案。所有这些设计,都是基于一个共识:芯片的集成度越高,客户的接受程度就越高。配合其他公司的单芯片方案,Skyworks推出了集成了PA和射频开关的前端模块,简化了设计,提高了效率。

与此同时,我们认为,任何事物都有它的两面性。某些方面的长处,从另一个角度来看,可能就是它的缺点:比如目前单芯片的基带性能过低;另外随着3G的脚步不断临近,在今后相当的一段时期内,多种通信技术标准将同时存在,整合芯片无法快速适应多标准、多模式的通信市场。 Arun Palwankar

一方面,英飞凌认为基带处理器和射频收发器的集成能够缩短手机制造商的产品开发周期,这样他们就能在同样的时间里推出更多机型,同时降低开发成本。通过降低射频组件的板卡占用空间,手机制造商能够在不增加手机体积的情况下在产品中引入新的功能,例如MP3、广播、摄像头、附加连接组件等等。

另一方面,英飞凌预计,将来诸如游戏控制台、便携式音乐播放设备、个人数字助理(PDA)等消费类电子产品也将具备移动通信功能。

英飞凌能够在世界各地的CMOS工厂生产射频收发器,从而大大方便手机制造商的供应链管理和业务拓展。这对消费类电子行业尤其有益,因为保障供应、大批量生产和功能集成对他们至关重要。

魏述然

对于全集成单芯片方案和分立RF与基带方案,我认为将会在一个时期内共同存在于市场中,主要原因是两者各有利弊。全集成芯片的优势在于低成本和易用性方面,而其劣势在于将使开发周期变得更长,开发投入更大。当标准频繁升级时,全集成方案将遇到比分立方案更大的麻烦。另一个不足之处在于,随着手机中各种新功能的引入,将迫使数字部分在设计中采用更先进的工艺(如90nm或65nm)来压缩面积,应用先进的CAD工具对纯数字部分进行面积压缩并不难,而对于集成于芯片中的RF/Analog部分则并非易事。而将外围电路更多地集成于RF芯片内部,其收益要比将工艺从0.18nm转为0.13nm来得更加明显。因此,我认为全集成方案的优势并非是压倒性的。对于一般的系统而言,似乎将RF裸片和数字基带裸片封装在一起是一个更加有效的解决方案。因为,从用户角度来看它是一个单芯片,而对IC 设计者来说可以独立选择更加适合的工艺和技术去开发这两个有不同技术需求的裸片。


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