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MIMO前端模块设计中的效率、功耗和尺寸问题

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多输入/多输出(MIMO)技术正在成为下一代无线局域网(WLAN)标准802.11n的基础。MIMO设备采用多个发射和接收天线,能够提供更高的数据率和更大的吞吐量。这种性能上的增强,可以轻而易举地与已有的无线产品融合在一起,以实现不同产品系列的规模经济效益。

但这些优势常常遮挡住了MIMO技术另外两项优点的锋芒:与现有802.11a/b/g标准相比,MIMO的作用距离增加了20%到30%,并且具有向后兼容802.11a/b/g的能力。向后兼容能力使得开发人员在家中、办公室和旅途中都能使用相同的设备。在能够使用802.11n的地方,802.11n客户端卡就采用802.11n;如若不然,就退回来使用现有热点提供的802.11a/b/g。 

与竞争标准相比,802.11n的最大优势是它使用与802.11a/b/g标准相同的2.4GHz和5GHz频谱,使得制造商能够充分利用工艺技术、元器件和供应商的规模经济优势,其结果就是高速网络的费用更能为人们所承受。

尽管MIMO技术的性能优势突出,但也面临着目前无线产品尺寸不断缩小、功耗及成本日益降低带来的挑战。在比较MIMO前端模块(FEM)的集成度时,进行严格的同模比较非常重要。某些时候,功能性不如RF特性(输出功率、EVM)显眼,但它对成本而言非常重要,且决定着电路板面积。设计者应该了解下面几个问题:

控制接口:控制接口是CMOS的吗?如果不是,将需要额外的电路来连接前端模块和IC。

偏置电压:前端模块需要偏置电压吗?若答案是肯定的,则常常需要额外的稳压器来提供典型范围在2.7到2.9V之间的偏置电压,并利用附加的晶体管电路来启动/关闭偏置电压。除了尺寸和成本,前端模块的性能也直接与偏置电压相关,而偏置电压又会随温度和电压而变化。

尽管开发人员可能认为电流消耗与外形尺寸没有关联,但事实上,由前端模块电流消耗所引起的每三个问题中,就有两个与外形尺寸直接相关。

一直以来,电流消耗直接影响电池寿命。产品开发人员希望以最低的电流消耗获得最高的功率,有时甚至愿意稍微牺牲一些输出功率,以便电池的使用寿命能比以前延长10%。MIMO应用中也存在同样的问题,而且情况更糟,因为这些应用里有两个完整的发射链路同时工作。

这意味着前端模块供应商必须开发出效率更高、电流消耗更低的模块来满足MIMO市场的需要。倘若MIMO进入PDA、手机和游戏机等电池更小的嵌入式应用领域,这个问题的解决就显得更加紧迫。

作者:Andrew Parolin

无线数据产品总监

SiGe半导体公司

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