3G手机射频集成障碍

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  时间对手机设计人员来说始终是一种稀缺商品,而手机射频部分的集成一直耗费着过多的宝贵开发资源。随着手机复杂性的增长,射频IC集成的负担也在不断加重。然而,随着无线手机OEM厂商开始在他们的产品中增加EDGE和3G支持,射频组件和子系统厂商再也不能将这一重担推到OEM厂商身上。相反,射频厂商现在开始承担这一责任。他们不仅需要减少组件数量并降低射频子系统的成本,还需要提供问题最少、功能强大的射频前端子系统来加快上市时间,同时实现与上一代2G子系统相同的效益。原文位置

  长期以来,初始BOM成本的降低和尺寸的缩小一直是设计工作的重点(如图1所示)。一般的蜂窝射频路线图将这一重点反映为部件的减少和成本的不断降低。对于3G射频子系统,需要从使用很多独立射频IC和前端组件、具有2个并行射频路径(一个用于GSM/GPRS/EDGE信号,另一个独立路径用于3G UMTS信号)的多芯片解决方案迁移到更加高度集成的最新产品系列(如图2所示)。  
3G技术的演进表明大幅度减少组件数量是最终结果

  图1 3G技术的演进表明大幅度减少组件数量是最终结果

  

  图2 总投资成本包括比平时通常考虑的因素更多的因素

  图2所示的最终板卡部件数量减少、厂商整合和供应链整合效率可以帮助手机OEM厂商大幅度节约成本。然而,这只是手机生产商面临的降低总投资成本(TCO)这一严峻挑战的一部分内容。他们需要承担很高的开发成本,以及最先进3G功能电话难以置信的复杂性所导致的有关生产质量的成本。解决手机 TCO方面的其他问题需要一种新方法来设计射频子系统。

  与射频子系统集成相关的开发成本包括所有工程人员劳务成本。这些人员负责插入射频IC、功率放大器、过滤器元件、低噪放大器和支持每种模式 (GSM/EDGE/UMTS)以及每款电话型号的频段需要的交换机。这些成本还包括创建或修改电话的第一层软件以推动所有的组件、匹配每个组件之间的阻抗,实现最佳无线性能以确保符合3GPP规范和运营商要求的成本。这是所有频段、模式和手机运行功率电平所必需的。这是一个高度重复的软/硬件优化工作,通常由芯片组厂商完成。他们为手机设计人员提供参考设计来作为手机开发工作的起点。然而,由于每个手机生产商面临的差分其产品的巨大压力,因此定制是必不可少的。在传统的射频子系统架构中,这种定制要求花费数月时间,开发并测试完整的手机需要几十位技能熟练的射频工程师辛苦工作。

  多模、多频手机的复杂性为手机OEM厂商和合作伙伴带来了很多生产挑战。他们需要在将每款手机销售给客户之前要进行全面的设计和测试。在组装完手机PC主板并安装所有必需的组件后,每部手机还必须利用软件进行编程,对手机进行个性化以适应目标地区的使用。此外,它还必须有专门针对将要销售手机的营销渠道(网络运营商、零售商或者虚拟网络运营商)设计的独特“外观”。然后必须通过软件进行校准,而且所有频段、模式和功率电平必须经过全面检查,以确保每款手机都能正常运行,同时达到客户对电池寿命的期望而不会生成干扰其他呼叫或运营商网络服务的射频信号。与生产流程有关的成本包括装配时间的折旧费 (与PC主板上的组件数量直接相关)、软件下载/校准时间、测试时间、最终生产量和调试以及修复故障手机的成本。(如表1所示)。

  随着中端和高端手机中采用的频段和模式数量的不断增长,开发和生产成本达到了使用传统射频方法不可能接受的水平。处理那些不会直接受到《摩尔定律》(Moore’s law)影响的TCO部分是射频子系统厂商面临的新挑战。迎接这个挑战需要新的更智能的射频子系统架构。

  一种“更智能的”方法

  飞思卡尔正在凭借公司称之为“extreme RF”或RFX的“智能射频”方法应对这个挑战。凭借RFX方法,飞思卡尔将“射频智能”嵌入到子系统中,进而从根本上改变了射频子系统集成和生产的经济效益。结果是大幅度加快了“首次呼叫的时间”,最大限度地缩短了电话校准和测试时间并提高了产量而不受新的3G和EDGE电话复杂性的影响。RFX方法的一个例子是飞思卡尔RFX275-20 EDGE射频子系统(如图3所示)。  
飞思卡尔的RFX275-20 EDGE射频子系统最大限度的降低BOM成本和体积

  图3 飞思卡尔的RFX275-20 EDGE射频子系统最大限度的降低BOM成本和体积

  如图3所示,RFX子系统中有两个IC:

  * MMM6000,一个高集成的GSM/GPRS/EDGE收发器;

  * MMM6029,四频段GSM/GPRS/EDGE功率放大器,带开关和电源控制。

作者:飞思卡尔半导体无线和移动系统部无线电通信产品总监 Kent Heath

  除了显而易见的高度集成外,该解决方案还最大限度地降低了BOM成本和大小。RFX275-20子系统利用DigRF接口来轻松、快速地连接大量市场上现有的基带解决方案以及两个独特元件:专为最大限度地增加手机产量,同时提供较长电池寿命设计的“PolarPlus”小信号极化发射机(与其它全极化架构相比)和RFX控制子系统。

  RFX控制系统采用了一种新的编程方法,可显著缩短了设计新手机所需的开发周期时间。根据用户的反馈,首次呼叫时间缩短了66%,同时大大减少了第一层编程优化所需的资源。传统的射频子系统需要工程师考虑收发器、功率放大器、交换机、低噪放大器、基带处理器和电压调节器之间的关键定时。而RFX 控制器使用单一命令编程模式,可以减少校准步骤,保证系统符合要求,同时提高手机生产量。

  总之,随着手机复杂性的不断提高,与传统射频子系统集成相关的生产和开发成本与手机生产商支付的实际IC成本不相上下了。由于这种趋势,射频组件供应商必须承担更多目前由OEM客户承担的投资成本。他们必须使用飞思卡尔RFX 等创新解决方案来确保手机生产的经济效益,因为他们支持更高带宽实现的应用,包括音乐和视频下载、移动电视和基于互联网的服务。

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