即使是對于Wi-Fi和藍牙等無處不在的2.4GHz無線應用，由于HF、VHF和UHF系統的多樣性，較低的無線電頻譜仍然非常活躍，其中一些系統占用了以前地面廣播使用的頻段。面對在新產品設計中需要集成射頻功能，并考慮到產品上市時間不斷增大的壓力，許多工程師正在發現這項任務越來越令人望而生畏。采用分立方案設計的傳統方法將很快被放棄，但電子設計仍然需要滿足提供連接能力的強勁需求。

 

為了幫助解決這個難題，RF設計人員需要尋求硅無線電供應商的幫助，這些供應商專為全球電信系統設計、開發和供貨低功耗模擬、數字和混合信號半導體解決方案。此外，他們還提供一系列模塊化構建模塊，可以作為“無線前端”的部分或全部實施方案。

 

總之，此類器件是針對HF / VHF / UHF設計所需的高靈活度、高性能IC，可以使工程師采用構建模塊的方法進行RF設計，這種方法通過使用多功能、低功耗和良好支持的RF IC器件來加快設計進程。

 

射頻設計和應用的挑戰

 

設計RF電路可能非常具有挑戰性。一些工程師更喜歡使用分立器件來創建設計。然而，考慮到需要領先競爭對手而率先將產品上市的快速發展商業壓力，上述方法不太合適。這些因素正在推動無線應用的重大變革。

 

無線網絡正在向更高數據速率和更高容量演進，Wi-Fi和藍牙等應用就是其中的代表，這也是半導體行業的主要發展動力之一。這種演對當前的設計技術提出了許多挑戰，特別是對（超）低功耗的苛刻要求。無線服務的快速增長使業界對高集成度和低成本解決方案的需求不斷攀升，快速增長的市場和激烈的競爭需要非常短的系統開發周期。為了應對這種趨勢，采用無線系統的新設計方法已成為當務之急。

 

以基于平臺的設計為基礎，業界出現了一種比采用分立RF器件的傳統方法更好的新設計思路，它采用了更高層次的抽象，即構建模塊、更好的可重用性和對系統性能的早期考慮。

 

圖1：收發器設計的構建模塊方法。

 

這里一個很好的例子就是無線接收器設計，一個由RF、模擬和混合信號組件組成的復雜系統。傳統上，系統設計和分立電路設計是分開進行的。但采用構建模塊設計方法，無線接收器設計中的幾個挑戰都得到了很好的協調。

 

總部位于英國的CML Microcircuits是一家提供RF構建模塊解決方案的全球領先企業，其解決方案非常適合各種系統。下圖（圖2）顯示了采用高集成度實施方案的典型系統架構示例：數字/模擬雙向無線電（TWR）、無線數據（WD）遙測和軟件定義無線電（SDR）。

 

這些設計中的構建塊通常包括以下元素：

 

● 接收器（Rx） - 設計考慮因素包括分配RF、中頻（IF）和基帶（BB）電子器件的增益。

● 發射器（Tx） - 一個射頻發射器執行調制、上變頻和功率放大。

● 收發器（XCVR） - 以上兩者的組合。

● 功率放大器（PA） - RF功率放大器是實現性能、可靠性和可接受成本的關鍵因素。

● 混頻器 - 具有兩個主要功能的頻率轉換設備：

（1）將RF頻率轉換為中頻（IF）或基帶。

（2）將BB或IF信號轉換為更高的IF或RF進行傳輸。

● 本機振蕩器（LO） - 在放大器具有滿足幅度和相位條件的反饋路徑時即可產生振蕩。 壓控振蕩器（VCO）可用作可編程鎖相環（PLL）的一部分來調諧給定頻率范圍內的LO。

 

圖2：用于構建模塊RF設計的典型系統架構。

 

CML Microcircuits針對射頻設計的構建模塊方法

 

如果能使用現有的商用器件來實現RF設計解決方案將是非常有利的。CML的CM97x和CM99x系列器件包括集成的接收器、發射器、收發器、調制器/解調器和PLL功能，能夠加速設計進程，并縮短產品上市時間。器件的主要性能摘要如下：

 

● CMX971 - 這是一款具有寬頻率工作范圍的高性能正交調制器。 CMX971的控制可以通過串行總線或直接控制來實現，可編程功能包括LO分頻器分頻比（2或4）和優化運行（針對噪聲或線性）。

 

圖3：采用CMX971正交解調器、CMX970 IF/RF正交解調器和CMX983可編程基帶接口IC的典型系統應用。

 

● CMX975 - 這是一款能夠擴大CML射頻構建模塊頻率范圍的IC，它具備多種功能：RF PLL/VCO、IF PLL/VCO、發送上變頻混頻器、接收下變頻混頻器和低噪聲放大器（LNA）。RF高頻合成器采用小數N分頻設計，使用完全集成的內部VCO或高達6 GHz的外部VCO，工作頻率高達3.6 GHz。 IF合成器采用整數N分頻設計，工作頻率高達1 GHz，它具有集成的VCO，只需要一個外部電感來設置頻率。 Rx混頻器可以配置為鏡像抑制或通常模式，而Tx混頻器可以配置為邊帶抑制或正常模式。集成的LNA分三步提供18 dB的增益降低。  

 

圖4：CMX975設計用于與CML的CMX973正交調制器/解調器一起工作，以提供一個工作頻率范圍為1至2.7 GHz的簡單且經濟高效的高頻超級收發器。

 

● CMX99x – 包括CMX991正交收發器、CMX992正交接收器、CMX993/993W正交調制器、CMX994A/E直接轉換接收器和CMX998笛卡爾反饋環路發送器。該系列產品工作在100 MHz至1 GHz 的RF頻率范圍，CMX993/993W和CMX998的工作頻率可低達30 MHz，具有非常高的靈活性。這些IC可以單獨或組合使用，能夠滿足恒定包絡（constant-envelope）和線性調制系統中數據和編碼語音運行中的許多無線格式需求。為了節省PCB成本，這些產品只需最少量的外部電路，并采用緊湊型VQFN封裝。為了實現最短的設計集成時間，CMX99x系列產品具有現成的評估和演示輔助以及一系列應用信息支持。

 

圖5：采用CMX971和CMX994A/E進行組合設計的應用示例。

 

 

結論

 

與使用分立元件和電路的方案相比，采用構建模塊或模塊化方法進行RF設計具有下列主要優勢和益處：

 

● 較短的設計周期。

● 更快的產品上市時間，更短的產品贏利時間。

● 對完成設計只需進行更簡單的測試。

● 完成設計所需的組件更少。

● 實現更高的可靠性。

● 具有更高的性能。

● 能夠更好地控制公差冗余。

● 實現更低成本的最終產品。

 

盡管在大多數情況下使用分立元件可以為某些應用提供更高程度的靈活性，但使用集成式構建模塊可以實現上述列出的部分（或是全部）優勢。CML提供的技術和產品非常適合這種射頻設計方法。

 

 

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