集成射频信号链的技术挑战和解决方案

消费者一直不断地期盼为手机和个人数字助理(PDA)增加更多的功能和方便性。结果导致这些产品不断地快速演进，从传统的语音和数据通信到移动环境下的许多令人愉悦的功能，例如音乐库、视频回放、交互式游戏、数字照相机以及移动电视等。除了需要支持蜂窝通信的多种移动标准外，如今的手机通常还必须支持无线局域网(WLAN)、超宽带(UWB)、蓝牙、全球定位系统(GPS)以及数字电视(DTV)等标准。实现上述功能需要采用多种不同的技术，而且需要在考虑其他业务存在的条件下同时运行多种无线和应用软件包。

便携式设备设计师面临许多挑战，因为消费者还要求设备具备以下能力，包括下载电子邮件、接收本地信息、在无线手机上通话、观看直播电视、下载电影、发送视频和图像等。此外，设计师还必须制定方针以便能够在移动终端中集成未来的宽带业务。

在3G时代，移动终端远远跨越了语音通信而演变为多媒体设备。而到了4G，手机中的高集成度电路还要支持多路技术。便携式系统设计师面临的挑战是将移动通信，计算机网络，个域网，广播技术等集成到一个系统中。一台4G设备不仅要支持现有的移动标准，包括GSM，GPRS，EDGE，UMTS，WCDMA，和HSDPA，而且还要支持100Mb/s～1Gb/s的数据率，具备IP核的功能，支持OFDMA调制，支持MIMO天线技术，以及支持VoIP/V2IP和网状组网。

技术挑战和解决方案

在集成射频信号链的竞赛中，手机设计师和他们的上游供货商所面临的技术挑战是不一样的。对于手机设计师来说，他们的挑战是寻找更高集成度的低功耗器件。而对于他们的供货商来说，则是寻找能够平衡各种工程技术的工艺技术，目的是在能够将更多的射频电路封装到芯片中的同时又能减小器件的尺寸。克服这些挑战，就需要能够更具成本效益地集成和精心规划整个信号链的灵巧设计方案。一项能够满足所有上述需求(包括大功率应用)的有效技术就是CMOS。

CMOS目前是单片集成电路领域的支配性技术，它驱动了整个通信领域的高速发展。该技术始终是数字基带处理方面的领先技术，在模拟器件中也经常使用，包括新型的收发器架构，在模数转换器(ADC)中也一直在用，还有锁相环(PLL)，滤波器，同相/正交调制器等。该技术也正在开始进入射频和微波器件领域。对于大功率应用来说，关键就是选择适当的CMOS工艺技术。而UltraCMO-一种绝缘硅技术(SOI)就能满足这一需求。

大功率CMOS工艺

UltraCMOS采用了SOI技术，在绝缘的蓝宝石基片上淀积了一层很薄的硅。类似CMOS，UltraCMOS能够提供低功耗，较好的可制造性，可重复性以及可升级性，是一种易用的工艺，支持IP块的复用和更高的集成度。

与CMOS不同的是，UltraCMOS能够提供与在手机、射频和微波应用领域普遍使用的GaAs或SiGe技术相匹敌甚至更好的性能。UltraCMOS和pHEMT GaAs都能提供相同级别的小信号性能并具有相当的网格通态电阻(net ON-resistance)。此外，UltraCMOS具有板上译码器/驱动器，同时能够提供比GaAs或SiGe更优异的线性度和防静电放电(ESD)性能。

对于更复杂的应用，如最新的多模式、多频带手机，选择合适的工艺技术更为关键。例如，在这些应用中，天线必须能够覆盖800～2200MHz的频段，开关必须能管理多达8路的大功率射频信号，同时还必须具有低插损，高隔离度，极好的线性度和低功耗。适当的工艺技术能够改善技术选项的可用性，进而改善天线和射频开关的性能，最终改善器件的总体性能。更重要的是，如果工程师在整个设计中采用同一工艺技术，能够获取更高的集成度。

UltraCMOS RFIC方面的最新进展是SP6T和SP7T天线开关。这些符合3GPP的开关满足WCDMA和GSM的要求，使得设计师可以在兼容WCDMA/GSM的手机中使用一套射频电路，况且还实现了业界领先的性能。SP6T和SP7T天线开关采用了Peregrine公司的HaR技术，实现了如下的优异指标：二次谐波为-85dBc，三次谐波为-83dBc，2.14GHz上的三阶交调失真(IMD3)为-111dBm(图1)。

图1：HaRP-增强开关的IMD3性能超过了3GPP行业标准。

3GPP的线性度指标是比较高的，IP3为+65dBm。一般的竞争对手的该项指标约为+57dBm。而UltraCMOS SP7T的该项指标达到了+68dBm，改进了线性度并超过了3GPP标准的要求。对于天线的ESD耐压来说，其他技术一般只能达到0.5kV，而UltraCMOS SP7T开关的该指标却达到了4kV。