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設計無線電使用零中頻架構有什么優(yōu)勢

2020-10-10 | pdf | 0.93 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

  零中頻(ZIF) 架構自無線電初期即已出現(xiàn)。如今,ZIF架構可以在幾乎所有消費無線電應用中找到,無論是電視、手機,還是藍牙技術

  零中頻(ZIF) 架構之所以得到如此廣泛的普及,主要是因為經(jīng)驗一再地證明了,在任何無線電技術中,該架構具有最低的成本、最低的功耗和最小的尺寸等優(yōu)勢。從歷史上來看,該架構在要求高性能的應用中運用較少。然而,在無線連接需求不斷增長、頻譜變得日益擁擠的情況下,就需要改變現(xiàn)狀,以便在基礎設施中繼續(xù)經(jīng)濟地部署無線電技術,為我們的無線需求提供支撐。當代的零中頻架構可以滿足這些需求,因為這些架構面臨的諸多普遍性缺陷已通過工藝、設計、分區(qū)和算法的組合得到克服。ZIF技術取得的最新進步對現(xiàn)有高性能無線電架構形成了挑戰(zhàn),其帶來的新產(chǎn)品取得了性能上的突破,能夠實現(xiàn)ZIF技術以前望塵莫及的新型應用。本文將探討ZIF架構的諸多優(yōu)勢,介紹這些優(yōu)勢可使無線電設計性能達到的新高度。

  無線電工程師面臨的挑戰(zhàn)

  不斷增多的需求給當今的收發(fā)器架構師帶來了挑戰(zhàn),因為我們對無線設備和應用的需求呈持續(xù)增長之勢。結果,消費者需要持續(xù)訪問更多的帶寬數(shù)年以來,設計師已經(jīng)從單載波無線電走向多載波無線電技術。當一個頻段的頻譜被全部占用時,就分配新的頻段;目前,必須為40多個無線頻段提供服務。由于運營商在多個頻段都有頻譜,并且這些資源必須協(xié)調起來,所以,如今的趨勢是走向載波聚合,而載波聚合則會導致多頻段無線電。這又會帶來更多的無線電,其性能更高,需要更優(yōu)秀的帶外抑制性能,更出色的輻射性能,以及更低的功耗水平。雖然無線需求在快速增長,但功耗和空間預算并未增長。事實上,在功耗和空間節(jié)省需求不斷增強的條件下,同時降低碳排放和物理尺寸非常重要。為了實現(xiàn)這些目標,需要從新的視角去認識無線電架構和分區(qū)。

  集成

  為了增加特定設計中的無線電數(shù)目,必須減小每件無線電器件的尺寸。傳統(tǒng)方法是逐步把更多的設計集成到一片硅片當中。雖然從數(shù)字角度來看,這樣做可能是合理的,但是,為了集成而集成模擬功能的做法不見得有意義。其中一個原因是,無線電中的許多模擬功能是無法有效集成的。例如,在圖1所示的傳統(tǒng)中頻采樣接收器中,中頻采樣架構有四個基本級:低噪聲增益和射頻選擇級、頻率轉換級、中頻增益和選擇級以及檢測級。選擇級一般使用SAW濾波器這些器件都不能集成,因此,必須部署在片外。雖然射頻選擇級是由壓電或機械器件提供的,但有時中頻濾波器會使用LC濾波器。盡管LC濾波器有時可能會集成到單片結構中,但是,濾波器性能的犧牲(Q和插入損耗)以及數(shù)字化器(檢波器)采樣速率必要的增加會提高總功耗。數(shù)字化器(模數(shù)轉換器)必須以低成本CMOS工 藝制成,以使 成 本和功耗保持于合理水平。當然可以用雙極性工藝制造,但結果會導致器件尺寸和功耗的增加,有悖于優(yōu)化尺寸的初衷。所以,標準CMOS工藝是這種功能的最佳制造工藝。這就為集成高性能放大器,尤其是中頻級,造成了極大的挑戰(zhàn)。雖然CMOS工藝可以集成放大器,但是很難從針對低功耗和低電壓而優(yōu)化過的工藝中取得需要的性能。另外,在片上集成混頻器和中頻放大器要求把級間信號路由到片外,以便訪問中頻和抗混疊濾波器,然后再數(shù)字化,因而失去了集成的諸多優(yōu)勢。這樣做就達不到集成的目的,因為結果會增加引腳數(shù)和封裝尺寸。另外,關鍵的模擬信號每次通過一個封裝引腳時,就會犧牲一些性能。

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