本文是兩部分中的第二部分，研究了一些關(guān)鍵有源元件和系統(tǒng)元件的小型化，這些元件和系統(tǒng)元件將使下一代無(wú)線鏈路的設(shè)計(jì)人員能夠提供更小，更高效的無(wú)線電和無(wú)線電子系統(tǒng)。我們將研究RF晶體管，混頻器，調(diào)制器和放大器等小型有源元件，并討論對(duì)片上系統(tǒng)（SOC）和多芯片模塊（MCM）型原型有用的模片器件。初始生產(chǎn)運(yùn)行。

第1部分介紹了最新的小型無(wú)源器件，它們將多個(gè)分立元件集成到較小的表面貼裝版本中。這些節(jié)省了空間，成本并提高了性能，并且可廣泛用于現(xiàn)代通用標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線電鏈路收發(fā)器芯片，其設(shè)計(jì)通常是第三代或第四代。許多也可用于下一代和定制無(wú)線電設(shè)計(jì)。

有源離散（或功能塊）組件正在為個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）和可穿戴計(jì)算機(jī)尋求下一代無(wú)線解決方案。雖然功能密集，但柔性部件可用于繼續(xù)向更高頻率，更小波長(zhǎng)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。這些允許進(jìn)一步減小尺寸并且可以使用更低的功率水平，因?yàn)镻AN RF場(chǎng)在體積空間上是如此受限。

急于領(lǐng)導(dǎo)而不是跟隨的創(chuàng)新者將使用目前可用的構(gòu)建模塊來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)建他們自己的下一代無(wú)線電系統(tǒng)。本文將介紹其中一些活動(dòng)塊。可以在Digi-Key的網(wǎng)站上找到本文中提到的所有部件，數(shù)據(jù)表，參考設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)套件。

再次回到原點(diǎn)

在設(shè)計(jì)下一代無(wú)線電時(shí)，通常需要兩個(gè)主要級(jí)別的原型。功能開(kāi)發(fā)組將需要集成功能塊，以便在測(cè)量和優(yōu)化階段之間進(jìn)行訪問(wèn)。這可以允許探測(cè)和調(diào)整值以優(yōu)化功率傳輸并逐步維持信號(hào)完整性。

雖然一些先進(jìn)的無(wú)線電收發(fā)器芯片制造商將制造成品作為MCM，但最佳的投資回報(bào)是使用單片器件。作為第二代或第三代設(shè)備，縮小的單片形式通常具有更高的價(jià)格效率，并且通常更小且性能更好，因?yàn)樗昧嗽缙诎姹精@得的經(jīng)驗(yàn)。

然而，這種轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹问皆谛略O(shè)計(jì)中有效。 PCB上的跡線運(yùn)行通常表征為嚴(yán)格的阻抗和傳輸線特性。在多芯片模塊或定制硅片上，必須使用新材料和尺寸重新建立所有特性。因此，實(shí)際上，從物理角度來(lái)看，它是一種新設(shè)計(jì)。

在下一代無(wú)線電原型設(shè)計(jì)時(shí)，RF開(kāi)關(guān)可能非常重要。通過(guò)提供對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的切換訪問(wèn)，設(shè)計(jì)人員可以指導(dǎo)信號(hào)路徑，探測(cè)或調(diào)整階段。但請(qǐng)注意，開(kāi)關(guān)也需要調(diào)整。標(biāo)準(zhǔn)接觸開(kāi)關(guān)可能無(wú)法與RF配合使用。高頻信號(hào)使用接觸間隔（甚至介電間距）作為穿通電容器。因此，需要特殊的RF開(kāi)關(guān)（和連接器）。

幾種高質(zhì)量和小尺寸的單片和模片式RF開(kāi)關(guān)可以“現(xiàn)成”服務(wù)，用于內(nèi)部訪問(wèn)原型級(jí)或多天線和共享路徑設(shè)計(jì)。注意，這些特征在于具有頻率上限和頻率上限，以及頻率隔離的插入損耗和頻譜圖。還要注意，存在各種拓?fù)湟蕴峁└嗟男盘?hào)路徑靈活性，尤其是在單個(gè)天線可以服務(wù)于若干頻率，帶寬和協(xié)議的情況下。例如，多路復(fù)用器比分立開(kāi)關(guān)需要更少的信號(hào)跡線。

讓我們看一下緊湊型（SC70-6）封裝的Peregrine 4259-63反射式RF開(kāi)關(guān)。它在10 MHz至3 GHz范圍內(nèi)呈現(xiàn)50歐姆，是SPDT通用RF開(kāi)關(guān)，插入損耗低至0.5 dB。一個(gè)很好的功能是可選擇的單線或雙線控制，允許精確的先開(kāi)后合操作。

該部件是供應(yīng)商的UltraCMOS系列的成員，使用藍(lán)寶石襯底提供可比較昂貴的性能硅鍺或砷化鎵技術(shù)，同時(shí)還具有更好的功率處理和ESD耐受性。家庭成員包括射頻開(kāi)關(guān)，混頻器和衰減器。

吸收型開(kāi)關(guān)也可用于互斥和負(fù)載平衡切換。例如，RF Micro Devices的50 Ohm SPDT RF3025TR7具有從10 MHz到6 GHz的非常寬的范圍，具有非常低的1.1 dB插入損耗（圖1）。在1 GHz以下的頻率下，這可以變?yōu)?.5 dB，為UHF接收器提供清晰的路徑，例如，共享相同的天線。

圖1：吸收開(kāi)關(guān)具有端接或加載的非開(kāi)關(guān)條件，有助于保持一致的信號(hào)路徑阻抗。

根據(jù)感興趣的頻率，頻段選擇范圍可達(dá)86 MHz。對(duì)于MCM和SoC解決方案，Hittite（現(xiàn)為ADI公司的一部分）的86 MHz SPDT裸片RF開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 HMC-SDD112在86 MHz時(shí)具有良好的30 dB隔離頻率，并具有相當(dāng)?shù)偷? dB插入損耗。雖然目前用于現(xiàn)代雷達(dá)，但隨著更高頻率和更高數(shù)據(jù)速率鏈路的建立，其他應(yīng)用的附加部件必將變得可用。

在混音中

RF混頻器是3端口調(diào)制器或解調(diào)器，可以是主動(dòng)或被動(dòng)。它們既可用于上轉(zhuǎn)換（在發(fā)射器中使用時(shí)），也可用于下轉(zhuǎn)換（在接收器中使用時(shí)）[圖2]。輸入RF與本地振蕩器組合以產(chǎn)生中頻，該中頻在初始頻率，本地振蕩器頻率以及和頻和差頻的混合中保留感興趣的信號(hào);希望沒(méi)有相移或衰減。

圖2：以被動(dòng)和主動(dòng)形式進(jìn)行上轉(zhuǎn)換（左）和下轉(zhuǎn)換（右）的混音器提供無(wú)線電設(shè)計(jì)所需的基本調(diào)制功能。有源混頻器可以是使用分立有源元件的下一代原型的一部分，并在旋轉(zhuǎn)單片解決方案后進(jìn)行片上遷移。

無(wú)源混頻器通常會(huì)出現(xiàn)損耗，而有源混頻器則會(huì)出現(xiàn)增益。雖然無(wú)源器件具有寬帶寬和良好的互調(diào)失真特性，但有源混頻器可以更好地集成到單芯片解決方案中，并且可以提供良好的信號(hào)隔離以及對(duì)負(fù)載匹配的靈敏度較低。

與開(kāi)關(guān)類似，選擇混頻器的頻率范圍，損耗和相位特性。一個(gè)例子是Maxim MAX2682EUT + T下變頻器采用緊湊型SOT23-6封裝，可以針對(duì)既定的ISM和蜂窩通信設(shè)計(jì)，或?qū)崿F(xiàn)400 MHz至2.5 GHz之間的任何新無(wú)線電設(shè)計(jì)。基于硅鍺工藝，它適用于共享GPS和2.4 GHz ISM鏈路。 Maxim提供多種應(yīng)用筆記，包括PCB布局指南 1 ，GPS前端 2 和衛(wèi)星接收器鏈路 3 。

5 GHz頻段也有幾個(gè)不錯(cuò)的選擇，可以與2.4 GHz頻段共享連接，以實(shí)現(xiàn)更高速的雙頻無(wú)線局域網(wǎng)連接。像Hittite HMC557LC4TR這樣的器件可以作為上變頻器和下變頻器，用于2.4 GHz至7 GHz的收發(fā)器設(shè)計(jì)，具有寬DC-3 GHz IF帶寬。

像Hittite HMC520LC4TR這樣的高頻段6 GHz至10 GHz部件可用于成像應(yīng)用，例如墻壁線，螺柱和指甲探測(cè)器。此外，對(duì)于下一代可穿戴計(jì)算機(jī)，HMC1081將處理現(xiàn)在用于PAN應(yīng)用的60 GHz頻段。這些超小型單元將需要單片解決方案，因此像HMC1081這樣的裸片部件非常適合在原型MCM上使用。

RF晶體管

當(dāng)需要外部驅(qū)動(dòng)來(lái)提供比單片發(fā)射器通常可以處理的更多的輸出功率時(shí)，可以使用外部RF晶體管。這些部件可以放置得更靠近實(shí)際天線，以提高效率并提供更高的發(fā)射電流。 RF晶體管還可以用作更高功率的開(kāi)關(guān)，以隔離敏感的接收部分，同時(shí)進(jìn)行更高功率的傳輸。

通常，輸出驅(qū)動(dòng)器使用NPN和PNP晶體管，因?yàn)樗鼈儽菷ET更堅(jiān)固（但并非總是如此）。 FET在提供最低導(dǎo)通電阻方面非常有效，因此可以在信號(hào)路徑中更有效地使用。這可以是將信號(hào)路徑引導(dǎo)到例如另一個(gè)天線，或者用于探測(cè)信號(hào)鏈以用于探測(cè)目的。正如所料，晶體管選擇主要基于工作頻率和電壓，但低RDS（ON），電流處理能力和尺寸也是關(guān)鍵因素。

晶體管可用于所有頻段，包括UHF，當(dāng)信號(hào)穿透墻壁和結(jié)構(gòu)時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，這是很重要的。像CEL NE68019-A這樣的部件在緊湊的3引腳SOT 543中支持低于2GHz的信號(hào)，并且可以提供比單片無(wú)線電芯片內(nèi)通常可用的更高的輸出功率。

也可以使用東芝2SC5084-O（TE85L，F(xiàn)），它具有高達(dá)7 GHz的良好輸出功率處理能力，具有150 mW的輸出功率。這可以輕松處理5 GHz，因此可以與雙頻Wi-Fi以及ZigBee，GSM，藍(lán)牙和其他2.4 GHz協(xié)議一起使用。

50歐姆輸入等低頻部分 - 輸出東芝2SC2714-O（TE85L，F(xiàn)）可用于FM輸出級(jí)以及使用高頻混頻器的IF開(kāi)關(guān)。可選擇的IF振蕩器可以允許相同的收發(fā)器模塊處理不同的帶寬。另請(qǐng)注意，晶體管陣列也可用于節(jié)省更多空間，但您可能會(huì)失去在任何地方放置單個(gè)元素的布局優(yōu)勢(shì)。

模具產(chǎn)品

各種模具產(chǎn)品可用于MCM原型或試運(yùn)行。使用閃光退火陶瓷基板，即使是無(wú)源SMT器件也可以與芯片鍵合器件共存。此外，板上芯片技術(shù)可與RF疊層一起使用，以集成板和/或芯片天線。

許多離散功能，如衰減器，放大器，混頻器和調(diào)制器，在構(gòu)建新的無(wú)線電設(shè)計(jì)時(shí)提供了很大的自由度。更重要的是，它們提供最高級(jí)別的功能集成，風(fēng)險(xiǎn)最小，因?yàn)槊總€(gè)功能塊都具有良好的特性，可以直接從滑槽中運(yùn)行。

是否是6-20 GHz 3級(jí)放大器，如同Avago AMMC-5618-W10（圖3）或20瓦8-10.5 GHz PIN二極管端接SPDT開(kāi)關(guān)，如MA/Com MASW-010647-13950G，所有產(chǎn)品均可用于開(kāi)創(chuàng)即將推出的標(biāo)準(zhǔn)。

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圖3：注意這種20 GHz放大器芯片布局等簡(jiǎn)單功能的復(fù)雜性。使用有源芯片和無(wú)源陣列作為原型，使用已知的構(gòu)建模塊提供密集且高效的MCM設(shè)計(jì)。

也可以使用一些不常見(jiàn)的部件，例如用于20-40 GHz操作的2X倍頻器。 Avago芯片封裝的AMMC-6140-W10具有50歐姆的輸入和輸出阻抗，同時(shí)提供線性倍頻。

另一個(gè)有趣的選擇是來(lái)自Skyworks Solutions的ATN3590-10衰減器墊。

這些固定電阻衰減器是共面波導(dǎo)或微帶電路載波的理想選擇。它們具有固定衰減步長(zhǎng)，與反射式RF開(kāi)關(guān)結(jié)合使用時(shí)，可以進(jìn)行階梯級(jí)調(diào)節(jié)。

總之

一旦協(xié)議和鏈接特性成為廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)，我們大多數(shù)人將使用來(lái)自主要供應(yīng)商的集成芯片組。接下來(lái)的幾代人將提供免費(fèi)軟件堆棧，并使無(wú)線電設(shè)計(jì)更像是一種剪切和粘貼操作。

然而，對(duì)于推動(dòng)數(shù)字無(wú)線電信封的人來(lái)說(shuō)，小型化仍然是關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之一 - 特別是對(duì)于可穿戴計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備等高增長(zhǎng)應(yīng)用。