2015-07-06
除了通过改进工艺和设计来增强集成电路的功能之外,射频无线电及其它无线应用领域的模拟IC供应商正在转用新的结构来满足用户在性能、封装尺寸、功耗和成本方面的要求,其中的两个结构是分数N(相对于整数N)锁相环(PLL)频率合成器和射频到基带的直接(相对于多级)频率转换。
分数N锁相环
通过增加输入信号同参考信号比较的次数,分数N锁相环可以比整数N锁相环更快地锁定在一个新的频率上。模拟器件、富士通微电子、国家半导体、Peregrine半导体和三星半导体公司等供应商宣称,采用分数N锁相环可以降低成本和减小封装尺寸。
“锁相环可以针对蜂窝系统的需要完成单元内部或单元到单元的频率转换,”模拟器件公司RF标准产品应用经理Eamon Nash说。“问题在于,锁相环跳频速度慢使得设计者通常不得不使用两个锁相环,其中一个保持在原频率上而另一个锁定在新频率上。”
模拟器件公司将推出一个带有1.2GHz中频(IF)合成器和3GHz 射频合成器的双分数N锁相环ADF4252。作为该公司ADF4106的补充,ADF4252工作于5-6GHz,带内噪声改进了大约15dB。两个器件都用于在无线接收器和发射器的上行和下行转换中实现本振。ADF4252包含一个低噪声数字相频检测器(PFD)、一个精确充电泵和一个可编程的分数模数设定器,可以保证准确合成输出频率。
富士通微电子也是分数N锁相环的供应商,为2.5-3代蜂窝电话提供射频和中频器件。富士通声称,这些基于标称化定常时间寄生消除(SCCT)技术的分数N器件比传统的整数锁相环器件跳频速度更快。在“主区间”所作的整数N比较是在各相位之间的比较,但新增的分数相位比较产生一些小的误差脉冲并导致分数寄生噪声。大多数减小分数寄生噪声的方法使得芯片尺寸增大,但SCCT技术可以放入BCC-20(0.6mm厚)或TSSOP封装中。另外同其它的补偿方法相比,SCCT器件的寄生噪声性能受电压和温度变化的影响较少。该公司的MB15F8xUL系列分数N锁相环有4款,这4款器件的跳频/锁定时间达133微秒、相位噪声为-80.37dBc/Hz (在1,800 MHz和1kHz偏移情况下)和寄生噪声为-71.51 dBc (在1,800 MHz和400kHz偏移情况下)。
而Peregrine半导体公司推出了频率锁定时间为1.8 ms 的PE3291,达到了IS95B所规范的频率锁定时间不超过2ms的要求。该器件在偏移为100kHz时,相位噪声为-68dBc/Hz,在偏移为20kHz时,寄生噪声性能优于-91dBc。这款为CDMA手机、基站、模拟无绳电话和单/双向呼机而设计的锁相环还集成了可以在很大的温度范围内无需调谐并保持稳定的分数寄生技术,所使用的FlexiPower预换算电路使得该产品最低可以在0.8V的电压下工作。
比IS95B标准先进一步的是1XRTT标准,也称为cdma2000标准,它要求频率锁定时间更短。
“移动运营商希望升级到新的标准和更快的数据速率,因为他们可以使用相同的基础结构容纳1.6倍的用户。”国家半导体公司无线通讯市场部主任Bill Weiss说,“而且转换到1XRTT可以迫使锁相环在结构上从整数N转换到分数N。分数结构更为复杂而且成本更高,但好处是锁定速度更快且相位噪声性能更好。”
国家半导体公司的LMX2354分数N锁相环采用了该公司的0.5微米BiCMOS工艺,能提供大范围的连续分频比。另外,LMX2354的中频电路包含一个可编程的8/9预换算电路。该设备使用一种分数N锁相环技术,可以为UHF 和VHF压控振荡器(VCO)生成非常稳定的低噪声控制信号。
三星半导体公司把他们为3G IMT-2000手机设计的S1M8836和S1M8837 分数N锁相环作为其电信应用SoC发展规划中的关键元件。该公司已经申请了一个有关Sigma-Delta调制器结构的专利,在这个结构中,为消除分数N产生的噪声,频率是以数字形式处理的。这些器件放在扁平四方无引脚封装中,功耗在5.5-7.5毫安之间。
直接转换
另一个新兴的结构趋势就是发射/接收信号的直接(相对于多级)上变频/下变频行转换技术。科胜讯(Conexant)系统、模拟器件、德州仪器(TI)公司相继开发了基于该技术的射频IC。
科胜讯公司的CX74017直接转换收发器取消了中间频率转换步骤,并把所需的外部元件数目降到了最少,从而降低了生产GSM无线电子系统的成本。该公司无线通讯部总经理Moiz Beguwala说,几个专利性技术把构造一个手机所需要的外部元件的数目减少了1/3,并降低了下一代手机的成本、尺寸和功率需求。
模拟器件公司的AD8345是一个1GHz正交调制器,可以在蜂窝IS95、IS136、GSM和3G基站设备中作为中频调制器来使用,也可以在CDMA/GSM 800/900MHz频带内作为直接转换调制器或在宽带接入系统中作为正交幅度(或相移)键控调制器来使用。另外,该公司的AD8347也是工作在800MHz-2.7GHz的直接转换正交解调器,使用它可以制造出更简单、体积更小且成本更低的接收器,并允许在点到点和点到多点宽带接入设备的中以直接转换方式实现射频功能。
德州仪器公司的单片TRF-6150可以为UMTS、GPRS和GSM手机提供直接转换功能。据称,该设备可以把射频材料成本和板空间需求减少15%以上。TRF-6150采用了该公司的RFBiCMOS-II工艺的6?引脚TQFP封装,使板空间减少了1/4、元件数量和成本分别减少了1/3。