射频芯片变革：3G系统开发亮点

作者：孙文博

射频端芯片技术升级

对3G发展有什么重要意义

张鹏岗 射频端芯片技术的升级对于3G发展来说，意味着更低的功耗、更多的功能、更宽的带宽、更小的尺寸，可以更好地实现SOC(system on chip)和SIP(system in package)。 Richard Wang 比起2G和2.5G，3G的技术指标主要是在传输速率上有比较大的改进与增加需要使用不同的调制及编码技术，因此在射频收发器的设计上必须考虑使用一种较具弹性也就是能兼容各种调制的收发器架构。不同于以往的GSM/GPRS只将基带信号直接调制到锁相回路的模式，针对3G，我们使用极化调制(Polar Modulation)，也就是将不同基带调制(8PSK，16QAM，etc)的I/Q转成大小(AM-AM)及相位(AM-PM)再送到前端的功率放大器，因此射频芯片的技术必须升级以适于3G的规范与标准。

樊大磊 就3G手机的射频端芯片而言，不论WCDMA、CDMA2000还是TD-SCDMA，它的基础还是无线收发芯片(transceiver)。应用于3G手机的transceiver由于需要兼顾更多的无线通信标准并保持从2G到3G的自然过渡，因此需要支持更多的无线通信模式。另外，如GPS、FM、DMB等基于无线的多种应用也应属于射频端芯片的范畴。

射频端芯片技术的升级本身并不能构成推动3G发展的决定性力量。3G发展从终端技术角度来说更多的取决于低功耗高性能的处理器；从市场推广角度而言则取决于是否有吸引消费者的内容。这种关系与调谐器芯片技术的发展对于数字电视的影响非常类似。

不过，手机有手机的特点。随着RF芯片技术的升级，首先多模、多业务RF芯片的出现将3G手机的应用功能大大扩展，并以此推动了3G的发展；此外，高集成度、低功耗、易用性好的RF芯片有助于节省更多的系统资源，如电流、PCB面积等，从另一个角度推动3G发展。

Jerry Loraine 通信技术升级到3G时代的直接意义就是无线芯片和数字芯片将变得更加复杂，耗能更多，而且比现有2G解决方案的尺寸更大。至于间接影响方面，由于3G提供的数据传输率更高，终端芯片组的功能性将会增加，因此芯片组构造将更加复杂。此外，视频电话等3G功能将要求更强大的应用处理器和容量更大的存储器。

Arun Palwankar 通信一直是并将继续是无线行业发展的主要推动因素。未来几年时间里，通过有线和无线网络的集成，话音、视频和数据通信应用将会进一步融合。

在宽带有线和无线通信领域，消费类电子设备将越来越多地采用宽带无线连接。同时，端到端有线和无线宽带解决方案的迅速增加也会给VoIP的快速增长带来了机会。在这方面，英飞凌可以充分发挥自己在无线蜂窝业务中所获得的经验。

3G射频端创新应该在

哪些领域首先取得突破

张鹏岗 就射频端总体的市场趋势来说，现在正朝着更高的集成度，更小的尺寸方向发展。半导体厂商致力于提供使用简便，不需调试的系统解决方案，从而可以保证系统的稳定性，使客户可以不需更多的调试就可应用，大大缩短了他们新产品的上市时间，我认为射频端的突破点应该是产品的整体系统化。

Richard Wang 针对3G芯片的应用，射频端必须着重在降低功耗、加速不同工艺的整合及降低成本上努力。这可由两个方向来实现，一个是SIP，也就是将不同工艺的芯片集成在一个封装模块上，如前端的功放及天线收/发开关(swtichplexer)，或将功放及收发器放在同一个基板上(Laminate)做成模块。

另外一项就是将功率放大器的制作工艺进步到CMOS，以便与收发器的芯片相整合，当然这样的技术要成熟可能还需要1-2年的时间。在降低功放的功耗上则应设计高效率的功放操作，在饱和条件下与前述的极化调制相对应，目前RFMD在封装工艺上居于市场领先地位。

樊大磊 3G手机的应用功能将是非常丰富的，因此系统对射频芯片的挑战将来自于更低的功耗、更多的工作模式、更高的集成度和更简单的应用设计要求。锐迪科微电子(RDA Microelectronics)所开发的应用于3G手机的RF芯片，包括transceiver和PA及其他芯片，都特别针对这些方面进行了全面的优化。此外，对于控制接口、I/Q接口和系统时钟等方面，在设计上也着重进行了考虑，消除了潜在的影响芯片通用性的因素。

Jerry Loraine 数字信号处理能力必须提高到10倍或以上，不过摩尔定律仍然能发挥作用，所以这里问题不大。最大的问题反而是如何把所需的不同无线器件和天线集成在同一个终端设备中，而且还必须满足小尺寸的要求。尽管3G手机需要支持更多服务，包括3G、WiFi、蓝牙、GPS以及对2G的后向兼容性等，但无论如何消费者不会乐见3G手机的尺寸比2G的大。

Arun Palwankar 射频芯片面临的未来的挑战是将所有射频功能集成到单个封装内，包括收发器、功率放大器和前端模块，从而可以进一步提高集成度。再进一步，射频芯片将可以扩展支持所有不同的蜂窝通信标准。我们认为标准CMOS工艺是主要的射频工艺技术。利用成熟的0.13微米CMOS技术以及针对英飞凌所有收发器产品的生产基础，我们可以降低平台研发投资并获得优异的生产灵活性，从而成功地满足客户的需要。

3G多模整合中射频芯片

技术发展如何

张鹏岗 在3G多模整合中，射频芯片技术正在发展为高集成度、多模、提供不同网络之间无缝接收的整合应用，同时尽可能保证做到所有零件可以被集成在一个收发器里。

Richard Wang 目前市场上能提供多模射频芯片的厂商寥寥可数，其瓶颈不只是射频技术上的整合，在基带端同时有多模功能的厂商也不多。目前大多还是以各自分开的系统方案再结合者居多。

樊大磊 就3G而言的多模，已经不是传统概念的多模(如CDMA与GSM双模)，这种多模形式的手机针对的完全是一个过渡性的、边缘的、特定人群的市场。由于市场规模有限，所以这种多模方案一般采用多套射频芯片构成，基本相当于两套手机捆绑。3G手机中的多模从应用角度来看是基于智能手机(Smart phone)的多模，多媒体业务和数据业务丰富。蓝牙、WLAN、GPS、手机电视模式的加入使3G手机的射频芯片成为各种无线接口的集成重点。

Arun Palwankar 射频芯片面临未来的挑战是将所有射频功能集成到单个封装内，包括收发器、功率放大器和前端模块，从而可以进一步提高集成度。再进一步，射频芯片将可以扩展支持所有不同的蜂窝通信标准。

如何在3G多模整合

过程中建立射频革新体系

张鹏岗 在3G多模整合的发展过程中，市场朝着单芯片方向发展，飞利浦作为芯片提供商，致力于进一步向提高集成度的方向演进。

Richard Wang 在射频芯片的世界里一直有一个理想的架构可以兼容不同标准、不同调制的设计，就是所谓软件式射频方案，SDR(software define radio)，唯有这个方案可以统一3G多模的射频需求。作为射频芯片领导厂商的RFMD，也在这方面投入很多研究开发。

Jerry Loraine 多模整合存在两个主要问题。首先，在同一个封装中有多片不同协议的无线芯片在运作；其次，尽可能重复使用电路，从而把成本降至最低、芯片尺寸缩至最小。芯片和无线技术公司必须具备这些领域的核心专业能力，才可有效应付未来当WiFi、WiMAX或4G增加到终端设备时对多模无线的需求。多模无线必须支持所有这些服务，同时保持尺寸不变，而且价格合理。

针对中国3G标准和市场

射频芯片方案有何差异

张鹏岗 就TD-SCDMA与WCDMA的平台来看，对半导体供应商来说射频芯片方案没有太大差异，只有对系统解决方案的一些微小调整，主要体现在软件部分。

Richard Wang 应用于3G的射频方案是能够通过部分改动而适用在TD-SCDMA系统上，其主要差异是在frequency plan及TDMA的多工方式上，由于应用TDMA的GSM/GPRS射频方案非常成熟，因此设计3G射频方案的厂家能够容易地修改芯片并使用在TDS-CDMA标准上。

樊大磊 中国不缺乏系统指标的定义能力，更不缺市场，缺乏的是设计IC来实现标准的能力，这一点在TD-SCDMA上表现的很明显。不过情况正在发生着改变。

锐迪科在成功开发并量产SCDMA射频套片(Transceiver+PA)后，继续投入技术力量正在开发TD-SCDMA射频套片。我们认为这是我们的一种责任，中国拥有自主知识产权的标准，应该有中国自己的射频芯片来实现。

就产品特点方面而言，锐迪科的TD-SCDMA射频套片的第一个重点是多模，即开发在GSM/GPRS及TD-SCDMA两种模式下工作的射频套片。另一个重点是单芯片，即开发单芯片射频收发器。此外，我们芯片将延续已有的技术，基于CMOS工艺开发。相信锐迪科TD-SCDMA射频套片推出后，将为TD-SCDMA标准的推广，为TD-SCDMA终端性能改善、降低成本做出巨大的贡献。

Jerry Loraine TD-SCDMA的一大优势是不需要双工滤波器(duplex filter)，因此大大简化了RF前端模块，而且还便利了多模GSM/TD-SCDMA手机的设计。此外，也开拓了带有简单RF开关的多模功率放大器的发展机会。

集成更多无线应用的3G平台

如何保证成本和功耗

张鹏岗 多模和多种应用将集成在3G平台中，对于不同频率、不同应用的协调稳定应该提出更加苛刻的要求，并实现低功耗。飞利浦的Nexperia系列在连接性、多媒体应用在功耗方面都具有业界领先水平，将这些应用结合在一起，便可以保证在3G平台中无线应用集成的低功耗和低成本。

Richard Wang 目前WiFi、蓝牙大部份都还是必须由一个独立的系统方案设计而成，只有GPS方案可使用所谓软件GPS(software GPS)的架构，使用一颗射频芯片再将相应的基带功能以软件取代，而交由3G平台来执行运算。这个方案能降低成本及功耗。RFMD的RF8110就是software GPS的芯片方案。

樊大磊 我们认为CMOS RF工艺更适合3G射频芯片的设计。首先，CMOS工艺在同一个管心上集成数字电路部分，因此在设计上面对多模的需求保持充分的灵活性，在满足多模和多媒体业务对设计和工艺的要求方面可说是得心应手。因此，CMOS工艺将很快成为3G射频芯片所采用的主流工艺。而CMOS工艺的低成本优势也符合3G终端对于器件成本的要求。随着射频芯片设计的主流工艺从0.18微米向0.13微米转移，采用0.13微米CMOS的投片成本和晶圆价格也随之下降，这一趋势为提高集成度应对多模需求提供了可能，同时也为低功耗设计提供了更多的空间。

Jerry Loraine 当然，更高的集成度和重复使用电路可以使成本保持不变。待机功耗主要由媒体接入控制器(MAC)控制。至于要延长通话时间，则需采用如下步骤：

1.编写协议(RF标准)，例如TDMA，尽量让RF电路处于关断状态。2.通过积极控制功率和开发高效的PA设计，把发射功耗减至最小。要达到这个目标，最好先从减少PA和天线之间的损耗开始，尽量不要使用带通滤波器(band pass filter)，尤其是双工滤波器，因为它们可能损失多达一半的发射功率，并显著缩短通话时间。3.利用最新的数字技术将数字功耗减至最小。