移動(dòng)電話設(shè)計(jì)中的新技術(shù)

(程宇)

　　移動(dòng)電話體積的迅速減小會(huì)引起移動(dòng)通話中的偶然故障,但是,由用戶需求而推動(dòng)的內(nèi)部技術(shù)可以在增加通話時(shí)間時(shí)使手機(jī)變得更小。



　　CDMA的使用取代了數(shù)字領(lǐng)域中傳統(tǒng)的高級移動(dòng)電話業(yè)務(wù)(AMPS),并集中在Agilent Technologies的CDMAdvantage 技術(shù)。



　　去年10月,Agilent宣布了其TRI模式手機(jī)雙頻CDMA芯片集中包含有源RF電路接收器側(cè)的終端裝置。



　　HPMX-7102雙頻、TRI模式下變頻器多芯片模塊是用于 800和1900 MHz CDMA和AMPS網(wǎng)絡(luò)的。它包含MGA-71543低噪聲放大器,該低噪放含有一個(gè)旁路轉(zhuǎn)換，無需擾動(dòng)電路匹配而使增益禁止。



　　RF芯片集用Agilent的第二代偽高電子遷移率晶體管(PHEMT)、高級雙極硅及其薄膜體聲諧振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)工藝實(shí)現(xiàn)密封解決方案,在誤幀率低于1%時(shí),靈敏度為106.5dBm。芯片集接收結(jié)構(gòu)使手機(jī)制造商可根據(jù)系統(tǒng)要求使靈敏度和線性最佳,并使電流消耗最小。



　　發(fā)射端有功放模塊,其在中等功率輸出時(shí),被優(yōu)化而具有很高的效率。根據(jù)CDMA手機(jī)的典型使用曲線圖可知,這種功能可延長電池的使用壽命。模塊被完全匹配,并在單一正向電源下工作,此電源只需外部去耦電容器。這些電源模塊可由Agilent的上變頻器直接驅(qū)動(dòng)。



　　由Agilent開發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)采用了新穎的、具有突破性的諧振器技術(shù)-薄膜體聲諧振器(FBAR),它被用來做為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中的主要的頻率整形器件(如濾波器、雙工器和振蕩器中的諧振器)。FBAR分為四個(gè)部分。



　　第一部分,“薄膜”。使用薄膜半導(dǎo)體工藝建立空氣中的金屬-氮化鋁-金屬夾層,從而構(gòu)成FBAR諧振器。第二部分，結(jié)構(gòu)中的“體”部分在諧振形成的地方產(chǎn)生。當(dāng)交變電勢作用在夾層上時(shí)，整個(gè)氮化鋁層膨脹、收縮,產(chǎn)生振動(dòng)。這種諧振發(fā)生在材料的體內(nèi)，相反,發(fā)生在材料的表面就是表面聲波(SAW)器件的情況了。與表面聲波所用的交指型結(jié)構(gòu)相比,尤其是對交指型結(jié)構(gòu)間距必須縮小的較高頻率情況,體諧振器的一個(gè)優(yōu)勢是較好的功率控制特性。第三部分“聲”指的是振動(dòng)膜,其產(chǎn)生高Q值的機(jī)械(聲)共振。從波長×頻率=速度,這樣一個(gè)關(guān)系式可以很清楚地看出,對于給定的共振頻率，以每秒傳播幾百米的聲波將比以光速傳播的電信號(hào)的波長更短。因此,對于給定頻率的聲諧振器的自由度要比同軸諧振器的低幾個(gè)數(shù)量級,使聲器件更適于半導(dǎo)體芯片。表面聲波器件相對于陶瓷諧振器也具有這種優(yōu)勢。



　　當(dāng)交流電壓加在氮化鋁層上時(shí)，極化向量P會(huì)發(fā)生相變。在某個(gè)電壓V(fs)下,向量P將與所加電壓產(chǎn)生的向量E同相,從而產(chǎn)生一個(gè)串行諧振。在另一個(gè)電壓V(fp)下，向量P將與向量E反相,產(chǎn)生一個(gè)并行諧振。串行和并行諧振可由等效電路和下列等式來描述其特性:



　　串行諧振：



　　并行諧振：



　　把壓電耦合用于聲諧振的獲得，以形成電諧振器。然后,諧振器接到提供信號(hào)波形(濾波)的網(wǎng)絡(luò)中。諧振器也可用于構(gòu)成壓控振蕩器(VCO)等器件。



　　用FBAR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高Q值和耦合系數(shù)可使所形成的結(jié)構(gòu)性能與陶瓷諧振器和表面聲波諧振器的性能相抗衡。目前Q值已超過1000。



　　FBAR方案與陶瓷諧振器相比，在小型化方面有了相當(dāng)大的進(jìn)步，已可提供比目前陶瓷諧振器體積小10%的產(chǎn)品。FBAR樣品的電性能與目前CDMA PCS陶瓷雙工器的性能差別在幾個(gè)dB范圍內(nèi)，Agilent預(yù)期FBAR產(chǎn)品可提供與陶瓷型產(chǎn)品相同的性能。



　　FBAR將提供超過表面聲波器件的電性能,這包括較低的插入損耗,較陡的濾波器特性以及較好的功率控制性能。很多優(yōu)勢來自于與體效應(yīng)器件相關(guān)的較低的寄生性,以及省去了電路布局中的布拉格反射器(Bragg reflectors)。FBAR還能改善帶寬和不需要頻帶分離。



　　另外,當(dāng)細(xì)間距交指型結(jié)構(gòu)中獲得高功率控制特性的困難限制了表面聲波雙工器工作在移動(dòng)頻段時(shí)，F(xiàn)BAR技術(shù)可擴(kuò)展到PCS頻段，并用于制作工作到10GHz以上頻率的諧振器。



　　FBAR技術(shù)與硅和砷化鎵晶片工藝兼容,這為在同一半導(dǎo)體封裝內(nèi)包含有源元件和濾波的集成無線方案提供了解決途徑。最終,同一芯片會(huì)含有以上這些功能。相反，表面聲波器件通常采用鋰鉭或鋰鈮工藝,其較高成本的基片被限制于多芯片模塊集成。相對大一些的陶瓷技術(shù)產(chǎn)品不太可能集成。表1示出了3種技術(shù)的比較。



　　其它優(yōu)點(diǎn)包括:



　�。� 芯片集是為雙頻手機(jī)設(shè)計(jì);



　　＊ 可最佳地工作在單節(jié)鋰離子電池方式;



　�。� 體積小:片上控制功能可省去外部控制電路;低噪聲放大器使用SOT-343,最小化的片上旁路開關(guān);下變頻器采用BCC封裝。



　　＊功耗低:低噪聲放大器的旁路狀態(tài)不消耗電流;上變頻器中的發(fā)射器驅(qū)動(dòng)器采用自適應(yīng)偏壓使電流消耗最小。



　�。� 接收器靈敏度高:分離式LNA(低噪聲放大器)結(jié)構(gòu)允許使用低噪聲PHEMT技術(shù)(PHEMT LNA或分離式PHEMT);帶有頻帶分離濾波(HPMX-7201)和增益分配的發(fā)射鏈結(jié)構(gòu)可使接收器頻帶噪聲最小。



　　＊成本低:除LNA(GaAs PHEMT)外,廣泛使用最低成本的Silicon 技術(shù),對于RF IC采用了大量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝�！�




摘自《電子產(chǎn)品世界》