對于無線電電路的設計人員而言,需要考慮的事項包括集成度、功率、性能、濾波、隔離和吞吐量。這決非簡單的事,不過 WLAN的市場前景十分看好,設計人員和制造商已迅速對規范草案采取行動。標準最近已邁向到草案3.0,IEEE預計在2008年10月推出最終標準定案。雖然,制造商應對這一挑戰所采取的措施各不相同,但幾乎都一致贊同更高的集成度將是成功的關鍵所在。

當前芯片方案概況

目前,已經有好幾家供應商推出了產品。SiGe半導體公司最近公布了最新的模塊SE2593A,為其模塊系列新增一員。

Ralink Technology公司已在付運其芯片組,并預計2007年底開始單芯片解決方案的出樣。Broadcom公司的無線芯片已投入生產,而Atheros Communications公司已推出其第三代器件。

集成度問題

鑒于多輸入多輸出(MIMO)技術的復雜性,器件在滿足OEM對外形尺寸和性能的期望值方面面臨著真正的挑戰。顯然,解決外形尺寸問題的方法就是提高集成度。那么究竟需要多高的集成度呢？制造商傾向于把注意力放在功率放大器(PA)或無線/基帶功能上。PA正在被集成到前端模塊(FEM)中,FEM一般包含放大器、開關和無源器件。這些前端組件可與集成的MAC/基帶/RF芯片組或單芯片無線電配合使用。如果PA與MAC/基帶/RF功能性集成在一起,就可能存在一種折衷風險,即不得不犧牲占位面積來滿足覆蓋距離。

SiGe半導體公司致力于開發 FEM,其中之一集成了和5GHz的PA以及低噪聲放大器(LNA)、功率檢測器、發射和接收開關器、雙工器以及相關匹配電路,該模塊采用5×6×1mm封裝。

利用外部PA或FEM來設計尤其適合于那些需要在長發射距離上支持高服務質量的應用。“路由器或計算機一般采用外部PA或FEM來提供額外的功率,以在更長距離上提供可靠鏈接性能。”SiGe半導體高級系統工程師Darcy Poulin表示,“例如,這對確保覆蓋整個家庭部署網絡非常有益。”

圖1:SiGe半導體不久前推出了號稱全球集成度最高的 RF前端模塊SE2593A。

集成有MAC/基帶/RF功能性的產品非常適用于那些以空間為首要指標的應用。Ralink已采取如下方案:在其一塊芯片上集成MAC和基帶,在第二塊芯片上集成RF。例如,Ralink的2.4和5GHz收發器芯片RT2850在一個9×9mm QFN-76封裝中集成了一個LNA、下行轉換混頻器、上行轉換混頻器、預驅動器、壓控振蕩器(VCO)、可變增益放大器(VGA)、自動電平控制(ALC)、合成器、同相/正交(I/Q)調制器、I/Q解調器、LDO和三線串行總線。Ralink目前的芯片都是與一個片外PA一起工作,但據稱該公司正在開發一款集成式PA。

Broadcom一直以來也只提供雙芯片組,不過現在已進一步集成化,推出了BCM4322單芯片器件。Broadcom產品系列高級市場經理Kevin Mukai表示,新一代產品“集成了目前這一代設計中所需的許多外部元件,從而可節省40%的BOM。”BCM4322集成了兩個接收器、兩個發射器和一個CPU,是專門設計來與外部PA或前端一起工作的。

Atheros也在提供了CMOS單芯片產品。例如,它最近推出的AR9280在10×10mm的QFN封裝中集成了MAC、基帶和2.4/5GHz雙頻帶無線電。

關鍵規范

在為設計選擇RF前端時,關鍵的評選項目歸納起來無非是尺寸、性能和成本。尺寸和成本很直觀,也容易比較,但決定終端產品成敗的關鍵性能基準是什么呢？SiGe的Poulin認為應該“提供所需的功率,同時滿足誤差向量幅度(EVM)要求——尤其是突發應用中的動態EVM——并且在低功率水平時能超越EVM規范。”他還指出,滿足頻譜屏蔽要求和易于系統集成也是重要考慮因素。

Ralink公司市場經理Lillian Chiu認為最重要的考慮因素是:影響長距性能的噪聲系數；影響短距性能的1dB壓縮點的輸出功率；影響峰值吞吐量的I/Q匹配。

Broadcom公司的Mukai則表示:“輸出功率、線性度和耗電量是前端的一些關鍵指標。輸出功率是決定絕對距離的關鍵因素,而線性度則決定吞吐量和距離之間折衷時的性能。”

圖2:Ralink Technology公司已開始付運 RT2800芯片組。

設計挑戰

規范發布之前,集成度方面已有一些相當出色的表現。供應商是如何克服這些設計挑戰的呢？

“最大的挑戰始終是在小外形尺寸中實現滿足多通道、雙頻帶和嚴格的濾波要求所需的集成度。”SiGe的Poulin表示,“其他主要挑戰還包括滿足:MIMO系統中嚴格的通道間的隔離要求(通過精心的RF設計來實現),以及在MIMO環境中通過多通道發射時更加嚴苛的帶外發射要求(利用線性度更高的功率放大器來實現)。”

Ralink的Chiu也贊同MIMO技術帶來了新的挑戰。她指出,最大的挑戰是“在惡劣的工作條件下達到MIMO OFDM可實現的峰值吞吐量。”

Atheros公司行銷副總裁Todd Antes表示:“最大的挑戰一直是解決并超越主要客戶的要求,通過把解決方案成本降低到普遍可接受的價位來推動在主流市場的普及。”

很明顯地,部分供應商對這一新標準的掌握已達到令人驚喜的專業深度。在設計人員選擇所需器件來開發設計時,這種專門技術將是非常有用的。

作者:Janine Love

Janine Love (editor@)是RFDesignLine網站編輯兼自由撰稿人。過去12年間,她一直工作于RF及微波行業。