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手机设计中创新的射频和光电解决方案

安华高科技 魏雪松



近年来,全球手机市场迅速增长,成为整个电子通讯市场中最受关注的行业之一。每年各个产品供应商会推出多款手机,来应对消费者越来越多的功能需求。手机的功能成为2G、2.5G乃至3G时代共同的问题。目前手机的成长趋势为外观轻、薄、短、小四方面,并且功能越来越多,需要添加诸如无线局域网、蓝牙等应用。同时带来的负面效应就是对电池和供电管理带来的要求越来越高,手机的待机时间也成为非常严格的要求。

目前安华高科技对手机器件提供的解决方案包括:距离传感器,用在触摸屏的感应手指触摸或者自动关闭;射频前端模块,由射频功率放大器和滤波器构成。安华高科技拥有在RF 功率放大器和滤波器等方面最新的技术,以及目前尺寸最小的微波技术。特别在目前3G手机中,安华高科技可以提供一系列的前端模块、LED Flash、输入键盘和环境光检测器等产品应用。

射频解决方案

安华高在射频解决方案方面分为两方面,一方面是为手持设备提供的滤波器、功率放大器等前端模块,另一方面是为无线市场提供的器件,如用在GSM平台上的开关、功率检测器等。

射频在手机中是很重要的部分,但对于大多数手机制造商,射频设计无论从研发团队规模还是投资方面,相比于基带设计、软件设计、外观设计等其它方面的投入,所占比重都非常小。但同时射频又是手机设计中最基础的部分,保证手机中最基本的通话质量功能,以及数据宽带的通讯质量部分。并且射频部分采用模拟系统,需要设计很多外围电路匹配,对电路设计的分布参数和布局布线都要求较高,所以很多手机制造商都采用参考设计,使得大部分手机内部功能电路都是雷同的,而手机性能就主要体现在射频指标上。

早期的三代手机射频采用分立器件结构,包括独立的RFIC芯片、功率放大器和隔离器。现在,新的技术将射频前端集成在一起,只包括RFIC和前端射频模块。以GSM/EDGE手机为例,包含4个频段则需要4个滤波器来针对不同频率的接收,而发射端需要有两个频段的PA。工程师设计手机的时候,设计前端开关和PA设计需要作一定的调试。而对于3G手机,射频功能成倍的增加。对于3频段WCDMA和4频段GSM的双模手机,在GSM频段需要3个调试点,而到WCDMA每个频段都要在发射滤波器开关方面作调试工作,每个指标要综合的考虑到底能否满足规范,加大研发人员负担和系统风险。

此外,对于全球广泛应用的WCDMA标准。各个国家定义的频带并不一样,致使手机的射频部分需要单独制造,特别是多模手机的漫游功能,需要覆盖很多频段,使射频工程师的工作量和系统风险非常大。对此改进的方法是将WCDMA的PA、双工器和混合器整合到一起,作为前端模块,把WCDMA调试简化到只有一个调试点,同时可以根据当地的手机频段更换不同的模块,对射频部分进行不同的处理,这对手机的整体设计没有任何的影响。

这种前端集成的方案优势体现在,产品面世的时间将大为缩短,研发投入的效率大大提高。同时把器件集成到一起,在模块内部的设计滤波器、PA和双工器之间的整合,无需在电路使用太多外围器件,节省器件数量,使产品内部空间节约50%以上。另外集成器件可以降低库存的复杂程度,提高物流效率和成品率。目前一些国内国际大厂,已经在三代手机开始采用新的前端模块方案。

安华高RF前端模块主要包括FBAR滤波器和功率放大器,FBAR滤波器主要针对相对较高的频段,用于CDMA、WCDMA和CDMA2000频段上。早期的参考设计大都采用陶瓷滤波器,但是其缺陷是尺寸非常大,对于目前的手机体积来说,几乎是一个不可接受的器件,在后续第二代和第三代WCDMA手机开始使用安华高专利技术——FBAR滤波器,使手机尺寸大大缩小。

另外在前端模块中很重要的一部分是功率放大器,与GSM相比,在CDMA、WCDMA和TDCDMA中的功率放大器,最重要的弱点就是耗电,待机时间很短。对此安华高提供了CoolPAM技术,当基带密度很大、信号很强的时候,手机不需要工作在满负荷状态,PA并不需要完全工作,安华高设计了双极PA技术,在中小功率下用第一级PA,第二级不工作。从而降低电流,静态工作电流保持在10mA以下,延长手机的待机时间。

并且双极PA技术是目前第四代产品,对于3G乃至4G时代,越来越高的供电需求,在新的基带芯片设计中,其RFIC可以达到一定的功率范围,实际上在基带高密度的地区中基本不需要PA工作,所以第五代产品将在功率要求小的情况下,采用一种方式把PA旁路掉,把PA集成到前端模块,这将成为技术发展的一项趋势。

射频前端模块的出现是应市场需求而生,并且安华高拥有滤波器和功放两项技术,使前端模块的设计一体化,更加具有优势。

基带解决方案

在基带方面安华高拥有很多的新颖技术,包括红外器件技术、红外加遥控、以及红外传感器。目前很多手机还设有红外接口,打印机、照相机等设备也都支持红外接口,并且红外接口的速率将越来越高,目前市场中手机的红外只有115K速率,但现在有的厂家采用FIR技术,将红外接口速率提升为4兆,足以应对多媒体功能需求。


红外的另外一个应用就是红外传感器,在新款的手机中已经包含了环境光检测器,可以根据外围环境变化调整背光,达到省电的功能。图1是对手机耗电能力的统计,最大的耗电量依次为射频、应用处理器、存储和显示,如果可以在显示方面节电,对手机的整体节电将有很大的提高。

图1 手机标准的演变进程(略)

除了环境光传感器,安华高还拥有距离传感器,用于触摸屏手机。在通话和使用的时候,距离传感器会感应人脸和手机的距离,自动关断触摸屏功能,避免在通话的时候触发触摸屏。目前此项技术的分立方案已经在苹果iPhone中应用,而更小的集成方案已经面世。

此外,安华高还为手机提供了五围的旋转输入键、发光器件等一些标准产品。安华高一直在手机领域致力于提供射频前端器件、光电器件等产品和设计思路,为手机制造商赢得市场的先机.

《世界电子元器件》2007.7
         
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