手机射频芯片的系统设计

手机射频芯片的系统设计

　　手机射频芯片的系统设计

芯片设计成本,设计芯片的弊端,本科做芯片设计　　2000’ 全国第八届‘ 微波集成电路与移动通信’ 学术年会9手机射频芯片的系统设计信息产业部电子第七研究所刘礼白陆龙鸣摘要t本文从系统角度对射频芯片提出设计要求，给出射频专用芯片系统设计思路，并介绍了RF芯片的某些技术发展。1、手机射频芯片系统设计依据1．1分析理解通信系统的总体设计需求，是手机射频芯片系统设计的依据。通信系统的总体设计需求与射频芯片设计有关的内容包括以下几方面：1．1．1信息传输需求信息种类、传输速率与质量需求。1．1．2传输媒体与环境，移动通信的传输条件相当复杂而恶劣，通常应考虑城市、郊区、丘陵、开阔地等不同情况及不同的运动...

　　芯片设计成本,设计芯片的弊端,本科做芯片设计2000 全国第八届 微波集成电路与移动通信 学术年会9手机射频芯片的系统设计信息产业部电子第七研究所刘礼白陆龙鸣摘要t本文从系统角度对射频芯片提出设计要求，给出射频专用芯片系统设计思路，并介绍了RF芯片的某些技术发展。1、手机射频芯片系统设计依据1．1分析理解通信系统的总体设计需求，是手机射频芯片系统设计的依据。通信系统的总体设计需求与射频芯片设计有关的内容包括以下几方面：1．1．1信息传输需求信息种类、传输速率与质量需求。1．1．2传输媒体与环境，移动通信的传输条件相当复杂而恶劣，通常应考虑城市、郊区、丘陵、开阔地等不同情况及不同的运动速度下电波传播的快、慢衰落统计分布特性，延时扩展的统计分布特性，相干带宽的统计分布特性。】．13系统用户容量，对上、下行信道，对不同的信息服务类别，小区用户容量的大小需求。I1．4传输带宽的选择，根据以上信息种类，用户容量和信道特性，麻该可以给出不同信息传输所需要的传输带宽。1．2系统体制通常按已经确定的系统体制来确定系统设备的设计方案，系统体制中通常包含有以下要点。i ．2．1工作频段，即收、发信机在无线接口上所采用的上、下行频段。1．2．2接入方式：目前常用的有FDM A、TDM A、cDIl A及其组合。1 2．3双工方式：有FD D 和TD D ，G SM 使用FD D 方式。i 2．4小区频率再用方式：这是同频干扰的决定因素，可选的方案有1、3、4、7等小区方式。1．2．5分集方式，可用的分集技术有：频率分集与跳频、时间分集与交织编码、角度分集、极化分集、空间分集与智慧型天线、多径分集、白适应均衡等，在G SM 中应用了跳频与自适应均衡，基站有使用空间分集设计的。I．3系统参数根据以上使用要求与系统体制可以确定：l3 1系统设备能力，即上、下行链路的系统总损耗与系统总增益，对基站和移动台 l O2000，全国第八届一微波集成电路与移动通信，学术年会的收、发信机的系统增益及其分配。1．3．2系统频率参数、频率基准和频率相对关系，收发中频和射频本振的频谱关系协调。1．3．3抗干扰能力与寄生辐射、干扰指标的协调。1．3．4系统定时与所有受控单元的控制信号定时分配与协调。1．3．5系统内电源电压的确定、系统功耗分配及其供电系统安排。2系统设计手机射频芯片系统设计可分为以下五部分，即总体设计、发射部分设计、接收部分设计、频率部分设、供电部分设计。2．i 总体设计2．2．1确定总体技术参数根据通信系统要求，由系统参数推演或分解为设备总体技术参数。2．1．2确定总体技术框图将收发信机与频率源、电源个单元组合构成完整的手机框图。确定：收、发双工操作模式，是滤波型双工器还是开关型双工器。手机芯片部分专用芯片所包容的功能范围、模块划分，模块间接口关系及接口参数。2．1．3确定手机内部的频谱和频率关系VCO 的数量、频段覆盖、VCO 的共用，中频及相应本振的产生。系统频率锁定环和手机内部频率锁定环。2．1．4确定供电方案，各单元对供电的要求，供电电路的建立( 内含或外接) 。2．2基本发射单元芯片设计从芯片的结构来讲，发射单元与接收或其它单元可能是独立的，也可能是一体的。但就线路原理来讲，要独立分析才便于叙述。发射单元可分为小信号部分即基本单元与功率放大和功率控制即功放单元两部分。其中基本发射大拿员有以下三种主要的构成方案。2．2．1直接上变频方案即将零载频的I、Q 信号与发射载波频率，直接作正交调制上变频电路简单，外接电路原件极少，此方案在宽波段里工作会影响变换效果。2．2．2副载波调制上变频方案若将正交调制先在一个较低载波频率，即副载频上完成，然后上变频到工作频段。调正更方便。也不会有波段覆盖带来的误差，但滤波麻烦。2．2．3副载频正交调制锁相上变频方案在副载频上实现正交调制，然后与标准频率锁相，对输出载波锁相调制，产生的是非常 2000 全国第八届 微波集成电路与移动通信 学术年会1 1纯的调制信号。此方案具有以上两个方案的共同优点排除了各自的缺点，若配以功率VCO ，则底部噪声更低，是较理想的方案。2．3功放与功率控制单元功放与功率控制实际上是两种不同性质的电路，功放是射频功率器件，功率控制是以差分放大器有基础的小信号，低频控制器件，因此，一般不会合并在一块芯片上实现，特别是对昂贵的砷化镓功率器件，更不会与功率控制做在同一块芯片上。对系统设计，功放是相对独立的配套模块，主要是选择什么样的类型来配套，和接口特性如何，选择的依据是线性、效率、供电和成本等与通信系统要求相适应。2．4接收单元设计接收单元的典型方案也可以归纳为三种。2．4．1二次题外差混频和正交解调方案按超外差原理将接收信号变换成某一中频，然后再下变一次，进入正交解调，这样设计使接收机增益分开在两个不同的中频频率上实现，可使系统更稳定，容易做。2．4．2一次超外混频和正交解调方案经～次超外差下变频后，直接进入正交解调，这样设计原理上更简单，但中频频率选择会有困难，特别在多频段手机设计中更加困难。2 4．3直接正交解调零中频设计方案本振频率始终等于接收频率，并提供一对正交分量，直接进行正交解调。随后是Autial i asi ng滤波器，由此获得最简单的射频接收设计，可以免除中频SAW 滤波器的应用，减少～个本振和频率锁定环，而且有利于降低功耗。2 5频率源设计2．5．I频率源总体设计手机的射频部分所涉及的频率包括发射波段频率源，接收第一本振波段频率源，发射副载波频率，接收第二本振及正交解调本地频率，以及本机基准频率等。在双波段及多波段工作情况下，如何减少VCO 数量是设计技巧的重要表现。中频的选择，要避免同频干扰、组合干扰，还要照顾到整机多波段工作模式下的频率关系。一种偏置VCO 的方式是很好的解决方案。2．5．2频率合成器设计频率综合器是频率源的核心。长期以来，普遍采用两个数字频率合成器以适应G SM 手机设计的需要，这两个综合器其中之一是作发射载波与接收本振波段震荡频率源。利用G SM 的时域双工特性，频率合成器在收发转换的同时，要重新锁定一次频率、当从广播信道转入业务信道，或跳频状态工作时，也都需要转换频率，小区重选、切换、漫游时，同样需要切换频率，因此，频率切换的速度 122000 全国第八届 微波集成电路与移动通信，学术年会应当适应总体需要。在未来引入G PRS业务，线路交换变为分组交换，多时隙发送和接收时，可能对频率切换的速度要求更高，因此，在G SM 频率合成器中，过去常用的间接式数字频率合成多半是整数分频，以后可能要发展的是分数分频技术。第二本振信号是单频信号，也需要对标准频率锁相，所以还存在第二个锁相环，但在零中频的方案中。只需要一个数字频率合成器。2 6节约功耗设计节约功耗要从以下几方向努力：26．i尽量使用高效率的功率放大器，但必须保证通信传输中调制方式要求的必要的线性，功放电源的效率也至关重要。因为这是通话状态消耗电流的大户，守侯状态也要经常对网络访问。同样是功耗中重要部分。2．6．2尽量使射频电路更多地数字化一日使用数字化电路，则功耗与电压的平方成正比，便可以由降低电压来达到降低功耗的目的。2．6．3配合基带芯片的降低电压使用，降低I／0接口电平。2．6．4实时控制收发各单元电路的通断，使每个单元电路不浪费电源消耗。结束语：射频芯片的系统设计要由具有射频工作经验的射频设计师为主首先提出，再经集成电路设计师从集成电路技术实现的角度加以修订，然后设计成芯片版图，再经整机设计人员试验验证，修改版图，作必要的电路功放实验再验证、直至最后成功，以上所述是基本思路，具体：E作中，应作更多的数值分析，条件可能的话，辅以计算机仿真。可以少走弯路，节约时间和成本。System ati c D esi gn on RF Chi psets f or handsetLi euLi baiLu Longm i ng7” El ectroni c Insti tute，G uangZhouAbstract：In thi s paper，som e desi gni ng requi rem ents，andthe trai n ofthoughtofsyst em at i c desi gn，f or RF Chi psets f romsyst em at i c angl e，i S provi ded。Andsom etechni caldevel opm entofRF Chi psetsi Si ntroduced。 手机射频芯片的系统设计手机射频芯片的系统设计作者：刘礼白， 陆龙鸣作者单位： 相似文献(10条)相似文献(10条)信息产业部电子第七研究所 1.学位论文 孙凌 手机射频芯片数字处理模块的设计与实现 2007 本文研究并实现了CHRF06G/GSM/E-GSM/DCS/PCS手机射频芯片中的数字处理模块，数字处理模块主要实现手机射频芯片中对信号实现抽取和滤波，以及对信号的数字下变频等功能。 本模块它由三部分组成：-△ADC转换器的数字抽取滤波器，数字下变频和频选低通滤波器。整个设计主要实现了以下的功能：-△ADC转换器的数字抽取滤波器完成了对输出信号的位流进行抽取和量化，数字下变频部分将包含所有信道的宽带信号进行信道分离，分别提取需要的窄带信号，对于分离的窄带信号，降低其采样速率，即降低数据量，缓解基带部分的处理压力。而频选滤波器的作用是滤除带外信号和衰减噪声。 本文首先研究手机射频芯片中数字信号各处理模块的原理与规范，利用Matlab对其进行系统建模和功能仿真，确定其各个模块的功能和算法。确定项目的设计规格，划分各个硬件模块。然后用Verilog语言编写RTL级代码，搭建仿真平台以及编写各个模块的Testbench，进行功能验证。最后使用TSMCO.18.mCMOS工艺对设计进行了逻辑综合。 利用 VCS 经过仿真后产生的结果来看，本设计实现了CHRF06G/GSM/E-GSM/DCS/PCS手机射频芯片中数字处理模块的所要求的功能，整个数字模块使用DC经过逻辑综合过的面积为0.03mm2，并且整个模块具有数据处理精度较高，面积小，功耗低等特点。2.期刊论文 汤铭新.陈振东.朱焱平.阎炎.TANG Mingxin.CHEN Zhendong.ZHU Yanping.YAN Yan 基于中国芯的SCDMA彩屏手机设计 -现代电子技术2006,29(11) 介绍了核心芯片(基带芯片与射频芯片)采用中国芯的SCDMA彩屏手机的设计与应用.对彩屏手机的硬件架构电路进行了介绍,对基带处理部分、射频电路部分、多媒体应用部分等一些主要芯片进行了阐述,并提出了应用国产芯片在SCDMA彩屏手机设计中会出现IO处理问题、映射电压问题、32kHz时钟电路匹配与PCB设计问题、彩屏屏闪问题,介绍了解决这些问题的技巧.3.学位论文 汪小路 TD-SCDMA手机射频芯片中的压控振荡器的研究与制作 2006 我国具有独立自主知识产权的TD-SCDMA标准是世界第三代移动通信标准之一，TD-SCDMA移动终端射频芯片的研发技术是实现TD-SCDMA商用的关键技术之一，已经成为人们研究的热点。压控振荡器作为移动终端射频芯片的重要模块，它不仅为移动终端射频芯片提供稳定的本振信号，而且它的相位噪声、带宽、压控增益对整个芯片的性能有很大影响。为此，本文设计了一个满足TD-SCDMA终端RFIC的射频标准的电容电感压控振荡器。 首先，本文简单介绍了电容电感振荡器的基本原理和分类，对电容电感压控振荡器的模型以及各项指标进行了详细的分析，指明了各项指标对系统中别的模块的设计也有着相互的作用。 其次，我们根据TD-SCDMA终端RFIC中频率综合器的性能指标要求，详细论述了在JAZZ工艺库上的电容电感压控振荡器的实现：通过起振条件的仿真对有源电路部分进行选择；通过在高频和在低频部分的仿真与计算选择了可靠的无源器件：片上电感，固定电容，变容二极管以及有效控制带宽和压控增益的MOS管阵列。 接着，仿真了该电容电感压控振荡器中各个典型的工作状态，表明完全能够正常工作，基本满足设计TD-SCDMA终端RFIC中的对压控振荡器的指标要求，最后完成版图设计。4.期刊论文 安勇龙 手机射频芯片市场竞争激烈 -电子经理世界2005(12) 根据赛迪顾问的数据,2004年中国射频(RF)集成电路的销售额达到52.6亿元,占整个通信类集成电路市场销售总额的9%,与2003年相比有显著增长.射频集成电路销售额的快速增长主要得益于手机、PHS、无绳电话等无线通信终端类整机产品的销售增长,其中贡献最大的是手机.5.学位论文 杨佳宁 GSM手机发射机数字部分设计与硬件实现 2009 随着移动通信的发展，GSM技术已经发展相对成熟，各种商用芯片都已经问世，但是在射频芯片发射部分，如何可以获得稳定，准确且易于变化的发射频率仍然是一个研究热点。br 本文研究的手机发射机是一个锁相环式直接调制发射机，对于无线高频传输，具有稳定度高，准确度高，且易于变频的特点，是目前广为使用的一种架构。其中数字部分主要完成对基带数据的差分编码，高斯滤波，对信道码的处理，多极噪声整形以及给锁相环提供分频比，并实现了对发射和接收信道的选择，主要包括的模块有：GMSK，Delta-Sigma调制器(MASH3)。本文通过Matlab建模仿真，进而完成对各个模块的结构设计，通过RTL级代码设计和编写相应的testbench来进行功能验证。最后在Modelsim下进行仿真，实现了预定的要求。在实践当中通过了在TSMC0.18m的CMOS工艺，实现了CHRF06/GSM/E-GSM/DCS/PCS射频芯片的发射数字部分的功能。6.期刊论文 Patrick Wurm 针对EDGE网络设计的B5PL极性环射频发射器架构 -今日电子2005(6) EDGE技术采用高效的8PSK(8进制相移键控)调制码方案,然而这也令为GSM手机设计出合适的射频芯片架构的工作变得愈加复杂.与GMSK(高斯滤波最小频移键控)发射器不同的是,EDGE收发器必须在全部功率电平范围内满足线性要求.本文讲述了一个像极性环(Polap Loop)这样的反馈系统是如何达到所需要的线PL是一种基于极性环的射频芯片,它能够...