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目前市場上售出的每部數字蜂窩電話(手機)的基帶和射頻部分都非常依賴于模擬子系統。盡管號稱數字電話，但就電話設計而言，距離純粹的數字系統仍然很遙遠。例如，電源仍須管理，電話輸入/輸出的音頻信號本質上屬于模擬范疇，而射頻發射和接收仍然采用模擬方案，來對數據進行調制，或對已被進行數字編碼的數據進行解調。 因此，在更低成本集成這個總體需求的驅動下，蜂窩電話芯片組供應商必須努力采取精巧的平衡措施，因為制造數字和模擬系統內容的最佳方法可能完全不同。即便在模擬部分，電源管理的最經濟方法也可能不同于RF電路所采用的電源管理方法。在數字域也一樣，高端DSP核就可能不會采用系統存儲器所采用的理想的制造工藝。 在如今這個大家都希望擁有一部“單芯片蜂窩電話”的時代，有必要在朝單芯片目標邁進的過程中，對蜂窩電話中的混合信號集成問題進行深入的研究。為了闡明其基本原理，下面以索尼愛立信面向低端市場的J200i手機為研究案例，揭示硅片上數字和模擬系統功能的劃分方法。 在基帶部分，通過射頻部分處理的接收信號產生一對最后被DSP處理的、表現為模擬信號的同相和四相(I&Q)調制比特流。與此相似，DSP還在輸出端(發射端)產生射頻部分要用到的調制I&Q數字比特流。在這兩種情形下，都有必要對射頻和基帶(信號)進行模擬和數字域之間的轉換，特別是接收端的A/D轉換和發射端的D/A轉換。 此外，語音頻段設計是另一個需要D/A和A/D轉換的領域。揚聲器需要來自DSP的模擬音頻；在DSP開始對語音進行壓縮和編碼之前，麥克風輸入必須被數字化。從歷史來看，主流供應商提供的電話芯片組已經將用于模擬和語音頻段編解碼器的A/D和D/A轉換集成到一個共享的“模擬ASIC”之中，這種“模擬ASIC”也常常支持工藝互補的電源管理功能。從芯片的經濟性考慮，大多數供應商得將數字邏輯設計到同一顆芯片之中，而模擬功能則設計到另一顆芯片之中。與此相似，射頻芯片和存儲器也相繼被設計為第三和第四顆芯片，因為每顆芯片都需要獨特的優化工藝技術。 可是，在J200i設計中，Broadcom公司的BCM2121基帶芯片把基帶和語音編解碼功能都集成到同一個配備DSP的芯片中。進一步看，該芯片包含用于參考頻率控制及各種模擬監測功能的附加A/D和D/A轉換器。飛利浦公司的PCF50603則在一個專用芯片中處理大多數電源管理功能。而裸片原型清晰地顯示：Broadcom的BCM2121芯片的裸片面積的25%以上分配給了模擬部分。 Silicon Labs公司的Si4206收發器也是一款包含混合電路的器件，因為這種收發器設計采用了“數字低IF”接收架構，A/D和D/A轉換器位于IF部分的兩側，以便分別集成第一級下變頻轉換和模擬I/Q輸出。然而，在單一封裝內，Si4206實際上采用了三顆CMOS硅片，它們都被優化為收發器方案的子單元。 因此，從微觀層面說，我們看到了一家公司對硅片(很大程度上是模擬部分)的劃分方法，以期優化總成本。在基帶之外，元器件的劃分再次回歸更為傳統的方法。來自Spansion公司的雙芯片式存儲器封裝提供代碼存儲功能，其中最少有一些工作存儲空間是用于Broadcom的通信DSP和控制器。 用于振鈴的Yamaha FM音頻芯片(YMU762)是一顆獨立的器件，原因有兩方面：一是混合信號芯片具有獨特的屬性；二是只有在需要的地方或需要的時候，才有必要靈活地添加成本稍高的功能。RFMD公司的RF3133 RF功率放大器采用GaAs芯片，提供最終的輸出放大功能；Epcos制造的模塊用于處理信號濾波以及射頻收發路徑的切換。這種功能劃分真可謂是：功能獨特、工藝獨特且部件獨特。 Broadcom的芯片是邁向單芯片手機的第一步的一個代表，該芯片的一些模擬子系統與數字處理部分一起被安排在電路板上。盡管如此，系統半導體中的平衡顯然已被打破，在工藝技術、功能靈活性和供應商方面提供更加優化的選擇。對于半導體行業來說，集成可能是業內的一項通用準則，其中對于蜂窩電話的混合信號世界而言猶為如此，事情也正在變得越來越復雜。 由于各種電話芯片組競相追逐低成本“單芯片”方案，就需要對集成度進行權衡。其他從事低成本蜂窩電話方案研究的公司有TI、英飛凌、Silicon Labs和飛利浦，但在他們的文檔資料中，單芯片指的是配備片外存儲器和RF功率放大器的方案。即便如此，現正準備投產的平臺(仍然)針對簡單的電話(嵌入式蜂窩通信)做了很好的定義并限定了功能。 圖1：J200i手機為數字和模擬電路的單片集成提供了例證。 對于更為復雜的電話設計，必須對成本、靈活性和增加的功能集進行平衡。在這個領域，將來某個時間有望看到集成度略低的解決方案。 簡介： 索尼愛立信公司的J200i移動電話為對數字和模擬電路進行單片集成提供了一項有用的例證，可視為通往單芯片移動電話的一個先驅。但是，出于對不同混合信號系統的考慮，在蜂窩電話設計中必須審視(單芯片)集成的經濟性問題。在這方面，又會遇到到有關在芯片中集成更多晶體管的摩爾定律的制約，使得在一段時期內，包含多個元器件的電話實現方案更為現實。但是，即便現有的所謂“單芯片電話”平臺并非真正意義上的“單芯片電話”平臺，一旦把最適合的工藝技術的獨特屬性與其它電話設計考慮結合起來，用不了多長時間，單芯片電話就會走進我們的生活。 |
