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引言：隨著PHS協議的擴展，PHS在系統和業務上也不斷推出新的亮點，如無縫切換、機卡分離和QBOX靈通無繩業務，這些新業務的推出將成為PHS未來發展的強大驅動力。針對PHS系統對手機的新技術需求，銳迪科微電子(RDA)公司開發出基于全新RF收發結構的單芯片收發器及集成天線開關的高效率功放模塊。本文介紹RDA PHS射頻收發器芯片的設計方法。 在中國，PHS作為固定市話網的一種補充和延伸，在發展初期以其較低的收費模式，成為固網運營商快速搶占市場的利器。隨著PHS協議的擴展，目前PHS終端除了能夠實現固定電話的所有功能外，還可以支持包括轉移呼叫、多方通話、語音信箱等功能，同時它還具備移動電話的一些功能，例如越區漫游、無線上網、定位和ISDN等多種業務。此外，PHS在系統和業務上也不斷推出新的亮點，如無縫切換、機卡分離和QBOX靈通無繩業務，這些新業務的推出勢必將成為PHS未來發展的驅動力。 PHS系統所面對的目標市場以中低端客戶為主，終端用戶對PHS手機的價格敏感程度大大高于GSM及CDMA系統。隨著通信市場中GSM、CDMA等各個系統競爭的加劇，以及全新的3G系統一步步鄰近，PHS手機的生產成本對于PHS手機廠商和運營商而言更加敏感。 銳迪科微電子PHS手機射頻前端解決方案。 但在PHS手機解決方案方面，恰恰事與愿違。雖然PHS系統投入運營已歷經了十年的發展，但由于它在日本市場的失敗，提供終端芯片方案的日本廠商已經長期不再對終端方案芯片進行優化和改進設計，這種情況對于射頻前端收發器更為突出。現有的收發器芯片由于在系統結構上采用了傳統的兩次變頻收發結構，因此在集成度方面具有明顯的技術劣勢。這已經成為PHS手機廠商進行新機型開發和降低整機成本的主要障礙。 PHS系統不斷進步的同時，系統廠商對射頻收發機的指標也提出更為嚴苛的要求，許多指標遠高于協議規定。例如在QBOX應用中，母機與子機之間的距離可能非常近，這導致輸入信號功率很大，因此要求接收機有較高的線性度，保證各級電路不發生非線性失真。另外，由于PHS手機輸入信號動態范圍較大，必須使用AGC電路，以使基帶接口處的信號基本保持恒定幅度。為了減小AGC穩定時間，加上傳統的PHS基帶芯片不直接進行功率檢測，AGC環路必須全部集成在接收機端，并向基帶提供RSSI。此外，為了滿足手機無縫過境切換的要求，PLL要具有極快的鎖定時間，這個時間只相當于GSM系統同類指標的1/8。 為此銳迪科微電子公司開發設計了PHS射頻芯片組，由射頻收發芯片(RDA5205)和功放/開關模塊(RDA5212)兩顆芯片構成了完整的PHS手機射頻前端解決方案。其中，收發芯片RDA5205是一顆全集成單芯片PHS收發器，由于采用了先進的近零中頻(LOW-IF)接收結構，并將PLL電路包括VCO和環路濾波器等全部集成在片上，因此具有集成度高、外圍元件少和易于使用等特點。RDA5212功放/開關模塊在系統應用中具有良好的帶外抑制功能，天線處及功放輸出端都無需傳統方案中所必須的射頻聲表濾波器(SAW)。 整體射頻解決方案除了RDA5205、RDA5212外，僅需要一個單端轉雙端的射頻濾波器、一個TCXO、一個LDO以及少量外圍阻容元器件。如此高的集成度使RDA PHS射頻方案的外圍器件數只相當于傳統方案的1/5，PCB面積相當于傳統方案的1/3～1/4。在降低PHS手機的成本的同時，RDA PHS射頻芯片組保證了新版PHS手機無縫切換等新射頻指標的要求，使應用該射頻芯片組的手機產品具有極高的性價比，大大提升了終端產品的市場競爭力。 銳迪科微電子PHS手機射頻前端主要組成部分如下： (1)接收鏈路 接收機采用近零中頻架構。該架構既避免了超外差架構需要片外SAW濾波器、成本高、不易單片集成等問題，又避免了零中頻架構直流偏移、1/f噪聲等問題。可以說，近零中頻架構規避了上述兩種架構的缺點，同時又繼承了超外差架構性能優異以及零中頻架構適合單片集成等優點。 天線接收到信號，經過開關以及單轉雙射頻濾波器，濾掉一部份的帶外干擾。然后經過LNA放大，混頻器正交下變頻(低LO)到中心頻率為二分之一信道帶寬(即150kHz)。這個中頻的選擇主要考慮到其鏡像信道(+300kHz)是“干凈”的，即PHS系統中有用信道的左右兩個相鄰信道不會被分配。另外，電路中采用了低噪聲技術，使得1/f轉折頻率被大大壓低，減少了對SNR的影響。下變頻后的信號經過復數濾波，進一步濾掉帶外干擾并進行部分的信道選擇。PGA在AGC控制下將信號幅度放大到合適數值，并使ADC留有足夠的空間來容納信道外的強攔截(blocker)和衰減。圖中紅框部分代表DSP，它首先將信號下變頻到基帶，然后進行信道選擇濾波。處理完畢的信號經過DAC轉變成模擬基帶IQ信號。RDA5205提供三種接收基帶接口: 第一種是將模擬基帶信號上變頻到10.8MHz IF，傳統的基帶都采用該接口；第二種是模擬基帶接口；第三種是150kHz基帶接口。后兩種接口主要滿足新一代PHS基帶的要求。 (2)發射鏈路 發射機采用直接上變頻架構。基帶IQ信號首先通過低通濾波器對信道頻譜進行約束，然后正交上變頻到射頻。射頻VGA提供60dB的動態范圍，且具有0.5dB/步長的分辨率。信號再經過PA驅動器放大并完成雙端轉單端，然后驅動PA。最終信號經過開關，由天線發射出去。 (3)頻率綜合器 頻率綜合器采用分數N PLL。參考頻率等于TCXO頻率，即19.2MHz，環路濾波器可以選取比較高的帶寬，以減少穩定時間，從而滿足系統無縫切換的要求。由于PLL采用了RDA獨立開發的全新技術，因此使得包括環路濾波器在內的所有PLL電路都能集成在芯片上。 基帶控制：基帶通過標準3線控制收發芯片、功放和開關，各種控制包括: 初始設置、自動校準、工作狀態切換、設置PLL頻率和TX APC控制等。 RDA5205采用中芯國際0.18um 1P5M CMOS工藝實現，采用標準QFN封裝，封裝尺寸只有6×6mm。對于射頻芯片設計而言，相對于BiCMOS工藝，CMOS工藝更具有價格優勢。RDA一直致力于CMOS技術的研究，由于采用了新的電路技術和隔離技術，使得CMOS收發芯片在低噪聲、數模混合、防串擾等方面絲毫不遜色于同類BiCMOS芯片。 |
