單晶片收發器嶄露頭角 高整合及效能將大幅降低手機成本

2004-10-28
今日的GSM/GPRS手機需要最高階的整合度,但不能犧牲效能或功耗。提供最高階整合度和最少零件數目的收發器...
今日的GSM/GPRS手機需要最高階的整合度,但不能犧牲效能或功耗。提供最高階整合度和最少零件數目的收發器,可以大幅降低製造成本,加快產品上市時間,同時增加手機的可靠性和製造良率。  

採用小型晶片收發器,對於發展精巧的手機和模組極有幫助,它能將更多的功能特色整合至手機設計。  

電路板面積是今日GSM/GPRS手機的最重要考量,因為除了傳統通訊功能之外,消費者也開始要求藍芽、相機、調頻收音機、全球定位系統和紅外線通訊功能。這些應用在手機的匯聚,已為射頻前端帶來高階功能的整合挑戰,收發器尤其是如此。此時若能選擇已經整合GSM手機常用離散零件的小型單晶片收發器,工程師就能省下電路板面積,將其用來實作高附加價值的現代手機功能。  

高階手機和智慧型手機對於收發器效能的要求更多,它們必須支援GPRS和EDGE等資料功能。高資料速率的應用有加快趨勢,而一個靈活的收發器的本質將在於能夠支援下一代網路技術,改善產品的性能並能夠引導手機快速進入市場。  

高整合度重要性  

傳統上,收發器解決方案需要數顆外部零件才能組成完整的無線電,今天的手機設計人員則能選擇單晶片收發器,這類元件已將設計製造都很困難的功能全部整合在一起。所有的鎖相迴路都已整合至元件中,包括壓控振盪器、迴路濾波器,以及所有的壓控振盪器調諧零件在內,設計人員不再需要離散零件,也不必為了鎖定中心頻率而花時間規劃印刷電路板上的訊號線。數控石英振盪器現也完全整合,工程師可以用標準石英晶體取代具備壓控和溫度補償功能的高成本石英振盪器模組。  

舉例來說,Silicon Laboratories的Aero II收發器就是整合度相當不錯的單晶片收發器,相較於其它的單晶片收發器,Aero II約能減少5成的零件數目和電路板面積,如果排除功率放大器和和天線開關,收發器只需要1.0平方公分的面積,即可實現完整的4頻無線電功能。  

強大效能的搭配  

對於GSM/GPRS收發器來說,整合度還需要搭配最強大的效能。包括雜訊指數和阻隔效能在內,所有的重要效能指標都會在全型認證期間接受測試,它們都將對通話品質產生直接影響。針對這些重要指標,手機製造商通常會提出比3GPP規格還嚴苛的製造要求,以便將客戶退貨數量減至最少。網路業者的關切重點則是雜訊指數和阻隔能力,因為他們想盡可能的重複使用細胞區 (cell),隨著EDGE等新資料標準獲得網路採用,為了應付調幅訊號和干擾源,雜訊指數和阻隔效能將變得更重要。  

手機製造商也很重視發射機效能,包括相位誤差和輸出調變頻譜在內。如果收發器未能整合發射機迴路濾波器,外部零件就可能造成不想要的雜訊和假訊號耦合路徑,使得發射機效能受到影響。採用高整合度收發器可以避免這類的效能下降。  

對於尋求最佳效能的手機設計人員,高整合度和更強大效能是很重要的優點,因為它能減少所需要的射頻知識,這能轉而幫助手機設計人員加快產品上市時間,並且實現更高的手機製造良率。利用它的最高階整合度和彈性的程式設定介面,擁有更強大效能的單晶片收發器將成為使用簡單的解決方案。  

已受考驗的技術  

選擇單晶片收發器時,已通過考驗的技術是將風險減至最少的關鍵,GSM/GPRS市場現有的收發器供應商,只要證明有能力在高產量製程中整合迴路濾波器和調諧元件等敏感零件,它們對於手機設計人員就會產生最大吸引力。新出現的收發器供應商可能想以EDGE之類的高資料速率標準做為他們進入GSM/GPRS 市場的切入點,然而EDGE是一種必須向相容於GSM/GPRS標準的新技術,因此在EDGE收發器成為有吸引力的選項前,供應商必須先證明它們可以支援 GSM/GPRS功能。  

邁向高資料速率之路  

行動電話網路正快速演進,並將EDGE等高資料速率的功能納入其中。由於EDGE是一種新技術,它會為無線電設計帶來新挑戰,這包括手機設計的各種限制條件、全型認證測試規格以及電信業者的要求。為了滿足這些新需求,今天的手機設計人員必須依賴完整的無線電參考設計,才能達成新產品迅速上市的目標。這些參考設計若能以線性發射機之類已經考驗的無線電架構為基礎,其吸引力將遠超過使用未曾在GSM/GPRS市場獲得驗證的架構。除此之外,線性發射機架構也已證明它有能力支援W-CDMA之類的新世代網路標準,這是它與其它架構的不同所在。  

以我們先前所提到的Aero II收發器為例,就具有向後相容於GSM/GPRS的特性,並且是Aero EDGE Radio的基本建構方塊,它是完整的四頻GSM/GPRS/EDGE無線電參考設計。Aero EDGE Radio把Aero II收發器內建的高效能位移式鎖相迴路(OPLL)當成EDGE模式下的本地振盪器,並以它為基礎實作線性發射機來支援EDGE模式。Aero EDGE Radio已通過認證,可以搭配多家廠商提供的功率放大器,使得零件的採購和供應極有彈性。  

高資料速率的發展趨勢預料仍將持續,高整合度收發器也會繼續保持領導地位,並成為手機實現最高整合度的基本建構方塊,手機則會在新應用的推動下繼續進步。隨著這種情形出現,收發器的要求只會變得更嚴苛,因此設計人員在選擇收發器時,最重要的是確保它會帶來最大好處,同時能夠輕鬆升級至次世代網路。高階整合度與很小的使用面積是很重要的優點,它們可以讓手機製造商達到業界要求。收發器若能提供這些優點而不會犧牲工作效能,又可輕鬆升級至次世代網路,那麼它將成為手機設計不可或缺的關鍵零件。  

(本文作者目前任職於Silicon Laboratories)  

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