如何应对TD-SCDMA对射频子系统的挑战

在3G标准中，TD-SCDMA以其智能天线、联合检测、上行同步等多种创新技术特征，获得频谱效率高、支持不对称数据业务、系统性价比高等优势。同时，也为研发工程师带来不同于其他3G系统的设计挑战。

具体到射频子系统的设计上(如图1所示)，在信号的时隙控制，多载波线性度恶化，整机的效率限制，以及多通道的增益平衡方面都需要认真加以考量。针对TD-SCDMA射频子系统内有特殊技术要求的不同模块，下文将分别详细讨论其设计难点及解决方案。

选择开关

TD-SCDMA因其工作于时分双工(TDD)模式，必须采用开关控制。同时，考虑到降低能耗，减少散热以及射频单元尺寸，也要求对发射机进行功率控制。针对小功率器件，可采用电源开关控制的模式；针对大功率器件，可以考虑偏置控制。

图1：TD-SCDMA射频子系统框图。

虽然开关在TD-SCDMA系统中是必选项。但是长期困扰射频工程师的问题是----很难选到功率承受能力足够大的开关器件，采用开关组件价格太贵。我们可以考虑两种解决办法。对于小功率输出的TD-SCDMA基站，可以考虑一些新近上市的高功率单片开关，如泰科(Tyco)旗下的M/A-COM公司的MASWSS0006，其0.1dB压缩功率可达39dBm、插损0.4dB、开关时间小于40ns。采用SOT-26封装，非常适合TD-SCDMA应用。

对于大功率输出的TD-SCDMA基站，因为峰均比的关系，出现高于10W的峰值概率增大，耐受功率达40dBm的开关也很难保证自身安全，只能弃用。我们可以考虑先采用耐受功率较大的环行器隔离收发通道，再采用普通单片开关提高隔离度的变通办法同样可以达到系统的要求。

功率放大器

传统移动通讯系统，多数工作在连续波状态。而TD-SCDMA则必须工作于开关状态。因此，一直习惯于设计连续波功率放大器(ＰＡ)的工程师不由得担心，他们一直使用的LDMOS功率器件在TD-SCDMA系统上的表现。例如，在开关状态时是否可行？其开关时间是否低于系统要求值？如何实施功率器件的开关控制？这些问题，经过器件厂家及用户的研究及实用，正在逐渐明晰。首先，LDMOS器件是可以正常使用于开关状态，其开关响应时间基本在几十纳秒量级，完全不会对系统的响应速度造成很大影响。

图2：MW6IC2240N在六载波TD-SCDMA条件的输出线性。

当然，事情不可一概而论，有一类特殊的器件——LDMOS线性模块，因为其内部的大容值去耦电容较长的充放电时间影响了器件开关响应速度，除非采用了针对开关状态的特殊处理，一般无法正常工作于TD-SCDMA系统中。而LDMOS的单管和IC，基本都可以在设计中考虑。具体的开关控制点，选在器件的栅极和漏极只有微小差别。但是，考虑到漏极通过电流大，对控制器件要求高，一般会选在栅极作开关控制点。

目前的TD-SCDMA系统，考虑到用户容量，频谱效率，其复杂程度正逐步提升。四载波，六载波正渐渐取代三载波配置成为主流。系统对PA的线性度，效率要求也水涨船高。传统器件已力不从心，因此新型高线性，高效率器件纷纷被推出，以满足TD-SCDMA日益严苛的需求。目前对六载波TD-SCDMA的线性度(ACLR)要求已达到-43dBc@1.6MHz、-48dBc@3.2MHz。在达到线性输出的同时，整机效率则要求达到12%。这无疑对射频通道，尤其是PA的设计提出了更高的要求。设计师不得已采用了预失真等线性化技术来平衡这两个指标的矛盾。同时，采用新方案、选取新器件也是必需的。

飞思卡尔公司的MW6IC2240N就是候选者之一。频率范围2,010~2,025MHz，其输出1dB压缩功率可达40W，增益为28dB。相比第四代的MW4IC2230N，这颗六代器件输出能力更强，功率附加效率(PAE)高达15%(线性输出)。其内部结构由三级改为两极，不但简化了栅压控制，也减轻了由此引起的温度漂移大的问题。图2所示为MW6IC2240N在六载波TD-SCDMA条件的输出邻道抑制(ACLR)特性，由此可见，设计者应着重考虑ALT指标对线性度的限制。

另外，英飞凌公司的PTF210451E因其单管的调节灵活性，也可作为末级的解决方案。TF210451E在六载波TD-SCDMA条件的输出线性及效率如图3所示。

图3：PTF210451E在六载波TD-SCDMA条件的输出线性及效率。

驱动放大器

驱动放大器包含从毫瓦到瓦级的功率驱动放大。因为其输出功率相对PA?级小，耗电电流相应较小，其时隙控制点可以考虑在电源端。驱动放大器较末级来说，功率余量大，只要器件输出线性相对末级保证足够余量，效率不要太低，都可以在考虑范围内。倒是高增益，高线性的放大器目前普遍为工程师所青睐。

WJ公司推出的AH212增益可达25.5dB、输出1dB压缩功率可达1W、OIP3可达48dBm，以其5V/400mA供电，SOIC-8封装方便了中国工程师的使用。M/A-COM公司最新推出的MAAMSS0058增益同样可达25dB，输出1dB压缩功率可达2W、OIP3可达47dBm。

WJ公司的一款AP501凭借独特的高压HBT工艺，将器件调整到AB近A类的工作点，具有优异的回退或线性输出特性。AP501增益30dB，以其输出1dB压缩功率4W，即可达到25.5dBm(ACLR@-50dBc)的WCDMA输出。并且，其低成本的金属模块封装(如图4所示)，特别针对开关状态的调校特性都很适合TD-SCDMA小功率末级或大功率末前级的应用。

图4：AP501封装图。

衰减器

TD-SCDMA特有的智能天线技术，在多个传输通道(一般为8个)传送不同相位的射频信号在空中形成合成波束，达到空间分集的效果。因此，其系统基本要求就是各个射频通道的一致性。实际工作环境显然无法完全满足这个要求，设计工程师只能通过选择一致性较好的射频器件以及精准的幅度调整来完成系统的通道调节任务(相位调整通常由基带部分完成)。

Peregrine公司推出了5bit、6bit、30dB衰减的PE4306、PE4302，以独特的射频CMOS工艺，提供了业界最高的衰减精度水准(如图5所示)。并且其串/并接口共片，衰减值上电设定到位的功能对压缩布版尺寸，快速准确设定幅度都有实际的好处。

图5：PE4302与其它品牌衰减器的衰减精度对比。

混频器/变频模块

每个TD-SCDMA基站都有多个射频通道，并且通常将射频通道直接外挂在室外天线下面。系统对射频通道的尺寸/重量，成本及散热提出严格要求，因此多功能，高集成度的器件对TD-SCDMA系统有着不同于其它移动通讯标准的意义。

WJ公司的ML401以0dBm的本振电平，即可达到+17dBm电平才能达到的+35dBm输入三阶截点(IIP3)性能，省略了两只本振驱动放大器。

更有意义的产品是WJ公司的CV2xx/CV1xx系列双/单路变频模块(如图6所示)。它集成了一到两路收/发混频电路，将多达六个分立的混频器、本振放大器、射频放大器、中频放大器集成到一个器件中，大大提高了系统可靠性，降低了产品尺寸及成本。目前，这一个系列产品已在摩托罗拉、诺基亚等国外基站中大量使用。相信它也会成为TD-SCDMA系统中紧凑设计的利器。

图6：CV2xx/CV1xx系列双/单路变频模块框图。

综上所述，TD-SCDMA因其独特技术特征，在射频子系统设计中针对开关控制、线性度和效率等方面有其特殊考虑。但在实际应用中，仍然有许多需要完善的地方，有待工程师去研究、探索。

作者：成钢

产品应用经理

理查森电子公司