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在蜂窩手機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)調(diào)諧的最大障礙是缺少一種損耗低、調(diào)諧率高的高性能、可電調(diào)諧電抗元件。這種元件的最大挑戰(zhàn)是功率處理能力和線(xiàn)性度。作為MEMS和BST方法的一種替代方案，Peregrine Semiconductor采用其UltraCMOS工藝技術(shù)和HaRP設(shè)計(jì)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)了一種已申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方法學(xué)專(zhuān)利的DuNE技術(shù)，來(lái)制造實(shí)用的數(shù)字調(diào)諧電容器(DTC)。那么如何利用DuNE技術(shù)構(gòu)建自適應(yīng)天線(xiàn)調(diào)諧器的關(guān)鍵構(gòu)建模塊呢？ 如今的手機(jī)不僅僅是通話(huà)設(shè)備，它還必須支持移動(dòng)電視、藍(lán)牙、WLAN和GPS等應(yīng)用。由于新特性、新功能以及輕薄短小的工業(yè)設(shè)計(jì)要求，留給手機(jī)天線(xiàn)的空間非常有限。天線(xiàn)被裹包在設(shè)計(jì)內(nèi)并被施以彎曲布線(xiàn)，因而降低了其效率。幸運(yùn)地是，這種天線(xiàn)性能損失可以通過(guò)天線(xiàn)調(diào)諧來(lái)補(bǔ)償，天線(xiàn)調(diào)諧利用動(dòng)態(tài)阻抗調(diào)諧技術(shù)來(lái)優(yōu)化天線(xiàn)性能。 當(dāng) 無(wú)源天線(xiàn)無(wú)法滿(mǎn)足預(yù)期性能要求時(shí)，通常采用開(kāi)環(huán)天線(xiàn)調(diào)諧系統(tǒng)，對(duì)天線(xiàn)在設(shè)定頻段和工作模式的性能進(jìn)行微調(diào)。這種技術(shù)還會(huì)把與發(fā)射/接收頻率、調(diào)諧機(jī)制或手 機(jī)使用狀態(tài)(滑蓋或折疊)等相關(guān)的環(huán)境因素考慮在內(nèi)。當(dāng)設(shè)計(jì)手機(jī)的時(shí)候，這些信息被存儲(chǔ)在基帶存儲(chǔ)器內(nèi)的查找表中。但開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不對(duì)天線(xiàn)的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)，所以它無(wú)法把變化的環(huán)境因素考慮在內(nèi)。 在蜂窩手機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)調(diào)諧的最大障礙是缺少一種損耗低、調(diào)諧率高的高性能、可電 調(diào)諧電抗元件。這種元件的最大挑戰(zhàn)是功率處理能力和線(xiàn)性度。用于GSM發(fā)射器的天線(xiàn)功率要達(dá)到+33dBm，但在不匹配條件下，可調(diào)諧元件必須要能處理功 率達(dá)+40dBm(30V峰值)的RF信號(hào)。 為實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧天線(xiàn)和濾波器，設(shè)計(jì)人員采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和諸如鈦酸鍶鋇(BST)等鐵電材料技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。雖然這些技術(shù)具有很大應(yīng)用前景，但現(xiàn)在尚不能大批量生產(chǎn)。為解決手機(jī)天線(xiàn)的可調(diào)諧問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證且可立即投入大批量生產(chǎn)的新技術(shù)。 手機(jī)RF收發(fā)器部分的阻抗被設(shè)計(jì)成50Ω。理想情況下，天線(xiàn)應(yīng)在整個(gè)頻段的阻抗都為50Ω。但這種情況幾乎不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)樾∏墒謾C(jī)的天線(xiàn)與生俱來(lái)就具有帶寬窄、匹配性能較差、發(fā)射效率低等特征。帶寬限制迫使手機(jī)天線(xiàn)設(shè)計(jì)人員在整個(gè)工作頻段內(nèi)不將天線(xiàn)阻抗目標(biāo)設(shè)定為50Ω。 用 戶(hù)拿持手機(jī)的方式等環(huán)境因素也將影響手機(jī)天線(xiàn)的阻抗。一般情況下，手機(jī)天線(xiàn)工作的電壓駐波比(VSWR)小于3.0:1，但當(dāng)用戶(hù)的手指放在天線(xiàn)發(fā)射器上 時(shí)，VSWR會(huì)被惡化至9.0:1。考慮到信號(hào)鏈上所有設(shè)備都被設(shè)計(jì)為工作在理想的1.0:1的VSWR，所以即便在開(kāi)闊無(wú)障礙的地方，這種性能惡化的后 果也非常嚴(yán)重。 為滿(mǎn)足這些嚴(yán)苛的功率要求，自適應(yīng)天線(xiàn)調(diào)諧也許是唯一選擇。這個(gè)方法強(qiáng)制天線(xiàn)在怎樣環(huán)境下都具有50Ω阻抗， 從而使系統(tǒng)其它部分工作在最優(yōu)狀態(tài)下。雖然當(dāng)天線(xiàn)阻抗為50Ω(1.0:1 VSWR)時(shí)，天線(xiàn)調(diào)諧器將自身的損耗增加到了電路中，但與未經(jīng)過(guò)校正的系統(tǒng)相比，自適應(yīng)天線(xiàn)調(diào)諧技術(shù)可以顯著降低調(diào)諧器輸入到天線(xiàn)輸入之間的整體插入損 耗，從而提升PA和RF濾波器的性能。 手機(jī)天線(xiàn)設(shè)計(jì)人員面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是發(fā)射和接收的頻率不同。多頻段天線(xiàn)要求電路在頻段邊沿具有很好的性能，并能主動(dòng)跟蹤天線(xiàn)的失諧，并在很短的時(shí)間對(duì)重新將天線(xiàn)調(diào)諧到合適的狀態(tài)。 有 幾項(xiàng)技術(shù)被建議用作天線(xiàn)調(diào)諧方案，包括采用MEMS開(kāi)關(guān)電容和BST電容。不過(guò)，采用MEMS和BST技術(shù)的主要挑戰(zhàn)在于：它們都需要高偏置電壓(30V 或更高)才能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，通常需要一個(gè)獨(dú)立CMOS充電泵和控制芯片。一般無(wú)法將這些技術(shù)與RF、模擬和數(shù)字電路集成在同一裸片上，因此，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)天線(xiàn)調(diào) 諧器需要用到多個(gè)IC。典型情況下，基于MEMS和BST技術(shù)的自適應(yīng)天線(xiàn)調(diào)諧器都是采用多芯片模塊(MCM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。 作 為MEMS和BST方法的一種替代方案，Peregrine Semiconductor采用其UltraCMOS工藝技術(shù)和HaRP設(shè)計(jì)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)了一種已申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方法學(xué)專(zhuān)利的DuNE技術(shù)，來(lái)制造實(shí)用的數(shù)字調(diào)諧 電容器(DTC)(圖)。它們帶數(shù)字控制功能的可變電容器，可滿(mǎn)足蜂窩手機(jī)天線(xiàn)調(diào)諧對(duì)低偏置電壓、高線(xiàn)性和高調(diào)諧精度的要求。該DTC采用倒芯片封裝，尺 寸僅1.36×0.81mm。
與 體CMOS和絕緣硅(SOI)技術(shù)不同，UltraCMOS場(chǎng)效應(yīng)管(FET)因采用完全絕緣的藍(lán)寶石基底，所以可被堆疊起來(lái)處理很大的RF功率。它能 在+20dBm到超過(guò)+40dBm的功率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧，能滿(mǎn)足GSM和WCDMA手機(jī)對(duì)功率的要求，而不是降低Q值或調(diào)諧率。 |
