移动通信采用电磁波作为信号的传输载体进行无线通信,因此,其射频电路在移动通信终端上居于重要的位置,射频性能的好坏直接关系到信号的收、发能力和终端与基站通信能力的高低,研究移动终端的射频电路的设计思想和所采用的射频器件的发展趋势,已成为终端制造商的重要课题。
在当今移动终端主流射频电路中,主要包含了三大部分,即射频前端电路、收发信机电路和频率源电路。虽然这三部分电路采用的设计思想、实现材料与工艺有巨大不同,但三者都在各自的领域超着小型化和高性价比的方向发展。由于使用材料的本质差别和收发互扰的问题存在,三部分电路很难集成到一起。三部分电路在各自领域独立发展,相互影响,共同推进通信终端射频电路的演进。
射频前端电路向小型化和交互集成方向发展
半导体厂商多年来致力于把各种功能集成到大型集成电路中,终端成本随着集成度的提高而日益降低,为消费者带来越来越多的好处。在移动通信终端RF电路部分,许多元器件要么集成到芯片当中,要么随着直接数字上/下变频器的出现而消失。
但是,终端电路发展到现在,仍有两个重要的器件还没有被集成,即射频前端滤波器和射频功放。这两种器件采用的构建技术都不兼容芯片上CMOS集成。在传统上,滤波器一直采用陶瓷或声表面波(SAW)技术构建,而射频功放则一直使用砷化镓(GaAs)异质结双极晶体管(HBT)或FET器件构建。由于这些技术与射频芯片使用的硅或硅锗工艺有着很大区别,因此功放和滤波器一直作为分立器件,与现在执行手机大部分射频功能的大规模集成芯片组分开。
移动终端射频前端电路主要包含三个部分的电路:射频功放、天线开关或双工器、前端(镜频)滤波器。由于射频功放和前端滤波器收发隔离和工艺实现问题,二者集成到单一芯片中还存在较大的问题。天线开关或双工器厂商在LTCC基片上嵌入接收前端滤波器,构成了现在比较流行的一种射频前端模块(FEM),如MURATA公司的LMSP54HA和日立金属公司的LSHS-M085FE,由于其小型化和低成本优势,在目前大量GSM移动终端中获得了广泛的使用。
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