即使是對于Wi-Fi和藍(lán)牙等無處不在的2.4GHz無線應(yīng)用，由于HF、VHF和UHF系統(tǒng)的多樣性，較低的無線電頻譜仍然非?；钴S，其中一些系統(tǒng)占用了以前地面廣播使用的頻段。面對在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要集成射頻功能，并考慮到產(chǎn)品上市時(shí)間不斷增大的壓力，許多工程師正在發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)任務(wù)越來越令人望而生畏。采用分立方案設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法將很快被放棄，但電子設(shè)計(jì)仍然需要滿足提供連接能力的強(qiáng)勁需求。

 

為了幫助解決這個(gè)難題，RF設(shè)計(jì)人員需要尋求硅無線電供應(yīng)商的幫助，這些供應(yīng)商專為全球電信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和供貨低功耗模擬、數(shù)字和混合信號半導(dǎo)體解決方案。此外，他們還提供一系列模塊化構(gòu)建模塊，可以作為“無線前端”的部分或全部實(shí)施方案。

 

總之，此類器件是針對HF / VHF / UHF設(shè)計(jì)所需的高靈活度、高性能IC，可以使工程師采用構(gòu)建模塊的方法進(jìn)行RF設(shè)計(jì)，這種方法通過使用多功能、低功耗和良好支持的RF IC器件來加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。

 

射頻設(shè)計(jì)和應(yīng)用的挑戰(zhàn)

 

設(shè)計(jì)RF電路可能非常具有挑戰(zhàn)性。一些工程師更喜歡使用分立器件來創(chuàng)建設(shè)計(jì)。然而，考慮到需要領(lǐng)先競爭對手而率先將產(chǎn)品上市的快速發(fā)展商業(yè)壓力，上述方法不太合適。這些因素正在推動無線應(yīng)用的重大變革。

 

無線網(wǎng)絡(luò)正在向更高數(shù)據(jù)速率和更高容量演進(jìn)，Wi-Fi和藍(lán)牙等應(yīng)用就是其中的代表，這也是半導(dǎo)體行業(yè)的主要發(fā)展動力之一。這種演對當(dāng)前的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了許多挑戰(zhàn)，特別是對（超）低功耗的苛刻要求。無線服務(wù)的快速增長使業(yè)界對高集成度和低成本解決方案的需求不斷攀升，快速增長的市場和激烈的競爭需要非常短的系統(tǒng)開發(fā)周期。為了應(yīng)對這種趨勢，采用無線系統(tǒng)的新設(shè)計(jì)方法已成為當(dāng)務(wù)之急。

 

以基于平臺的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，業(yè)界出現(xiàn)了一種比采用分立RF器件的傳統(tǒng)方法更好的新設(shè)計(jì)思路，它采用了更高層次的抽象，即構(gòu)建模塊、更好的可重用性和對系統(tǒng)性能的早期考慮。

 

圖1：收發(fā)器設(shè)計(jì)的構(gòu)建模塊方法。

 

這里一個(gè)很好的例子就是無線接收器設(shè)計(jì)，一個(gè)由RF、模擬和混合信號組件組成的復(fù)雜系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分立電路設(shè)計(jì)是分開進(jìn)行的。但采用構(gòu)建模塊設(shè)計(jì)方法，無線接收器設(shè)計(jì)中的幾個(gè)挑戰(zhàn)都得到了很好的協(xié)調(diào)。

 

總部位于英國的CML Microcircuits是一家提供RF構(gòu)建模塊解決方案的全球領(lǐng)先企業(yè)，其解決方案非常適合各種系統(tǒng)。下圖（圖2）顯示了采用高集成度實(shí)施方案的典型系統(tǒng)架構(gòu)示例：數(shù)字/模擬雙向無線電（TWR）、無線數(shù)據(jù)（WD）遙測和軟件定義無線電（SDR）。

 

這些設(shè)計(jì)中的構(gòu)建塊通常包括以下元素：

 

● 接收器（Rx） - 設(shè)計(jì)考慮因素包括分配RF、中頻（IF）和基帶（BB）電子器件的增益。

● 發(fā)射器（Tx） - 一個(gè)射頻發(fā)射器執(zhí)行調(diào)制、上變頻和功率放大。

● 收發(fā)器（XCVR） - 以上兩者的組合。

● 功率放大器（PA） - RF功率放大器是實(shí)現(xiàn)性能、可靠性和可接受成本的關(guān)鍵因素。

● 混頻器 - 具有兩個(gè)主要功能的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備：

（1）將RF頻率轉(zhuǎn)換為中頻（IF）或基帶。

（2）將BB或IF信號轉(zhuǎn)換為更高的IF或RF進(jìn)行傳輸。

● 本機(jī)振蕩器（LO） - 在放大器具有滿足幅度和相位條件的反饋路徑時(shí)即可產(chǎn)生振蕩。 壓控振蕩器（VCO）可用作可編程鎖相環(huán)（PLL）的一部分來調(diào)諧給定頻率范圍內(nèi)的LO。

 

圖2：用于構(gòu)建模塊RF設(shè)計(jì)的典型系統(tǒng)架構(gòu)。

 

CML Microcircuits針對射頻設(shè)計(jì)的構(gòu)建模塊方法

 

如果能使用現(xiàn)有的商用器件來實(shí)現(xiàn)RF設(shè)計(jì)解決方案將是非常有利的。CML的CM97x和CM99x系列器件包括集成的接收器、發(fā)射器、收發(fā)器、調(diào)制器/解調(diào)器和PLL功能，能夠加速設(shè)計(jì)進(jìn)程，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。器件的主要性能摘要如下：

 

● CMX971 - 這是一款具有寬頻率工作范圍的高性能正交調(diào)制器。 CMX971的控制可以通過串行總線或直接控制來實(shí)現(xiàn)，可編程功能包括LO分頻器分頻比（2或4）和優(yōu)化運(yùn)行（針對噪聲或線性）。

 

圖3：采用CMX971正交解調(diào)器、CMX970 IF/RF正交解調(diào)器和CMX983可編程基帶接口IC的典型系統(tǒng)應(yīng)用。

 

● CMX975 - 這是一款能夠擴(kuò)大CML射頻構(gòu)建模塊頻率范圍的IC，它具備多種功能：RF PLL/VCO、IF PLL/VCO、發(fā)送上變頻混頻器、接收下變頻混頻器和低噪聲放大器（LNA）。RF高頻合成器采用小數(shù)N分頻設(shè)計(jì)，使用完全集成的內(nèi)部VCO或高達(dá)6 GHz的外部VCO，工作頻率高達(dá)3.6 GHz。 IF合成器采用整數(shù)N分頻設(shè)計(jì)，工作頻率高達(dá)1 GHz，它具有集成的VCO，只需要一個(gè)外部電感來設(shè)置頻率。 Rx混頻器可以配置為鏡像抑制或通常模式，而Tx混頻器可以配置為邊帶抑制或正常模式。集成的LNA分三步提供18 dB的增益降低。  

 

圖4：CMX975設(shè)計(jì)用于與CML的CMX973正交調(diào)制器/解調(diào)器一起工作，以提供一個(gè)工作頻率范圍為1至2.7 GHz的簡單且經(jīng)濟(jì)高效的高頻超級收發(fā)器。

 

● CMX99x – 包括CMX991正交收發(fā)器、CMX992正交接收器、CMX993/993W正交調(diào)制器、CMX994A/E直接轉(zhuǎn)換接收器和CMX998笛卡爾反饋環(huán)路發(fā)送器。該系列產(chǎn)品工作在100 MHz至1 GHz 的RF頻率范圍，CMX993/993W和CMX998的工作頻率可低達(dá)30 MHz，具有非常高的靈活性。這些IC可以單獨(dú)或組合使用，能夠滿足恒定包絡(luò)（constant-envelope）和線性調(diào)制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和編碼語音運(yùn)行中的許多無線格式需求。為了節(jié)省PCB成本，這些產(chǎn)品只需最少量的外部電路，并采用緊湊型VQFN封裝。為了實(shí)現(xiàn)最短的設(shè)計(jì)集成時(shí)間，CMX99x系列產(chǎn)品具有現(xiàn)成的評估和演示輔助以及一系列應(yīng)用信息支持。

 

圖5：采用CMX971和CMX994A/E進(jìn)行組合設(shè)計(jì)的應(yīng)用示例。

 

 

結(jié)論

 

與使用分立元件和電路的方案相比，采用構(gòu)建模塊或模塊化方法進(jìn)行RF設(shè)計(jì)具有下列主要優(yōu)勢和益處：

 

● 較短的設(shè)計(jì)周期。

● 更快的產(chǎn)品上市時(shí)間，更短的產(chǎn)品贏利時(shí)間。

● 對完成設(shè)計(jì)只需進(jìn)行更簡單的測試。

● 完成設(shè)計(jì)所需的組件更少。

● 實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。

● 具有更高的性能。

● 能夠更好地控制公差冗余。

● 實(shí)現(xiàn)更低成本的最終產(chǎn)品。

 

盡管在大多數(shù)情況下使用分立元件可以為某些應(yīng)用提供更高程度的靈活性，但使用集成式構(gòu)建模塊可以實(shí)現(xiàn)上述列出的部分（或是全部）優(yōu)勢。CML提供的技術(shù)和產(chǎn)品非常適合這種射頻設(shè)計(jì)方法。

 

 

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