1/1MIMORF前端模塊：開(kāi)拓新的市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)設(shè)備和芯片組制造商而言，最近獲批準(zhǔn)的802.11n標(biāo)準(zhǔn)草案可謂一個(gè)新市場(chǎng)的催生力氣。當(dāng)這一標(biāo)準(zhǔn)完全制訂時(shí)，這些企業(yè)的大量無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)存取產(chǎn)品將能達(dá)到更好的性能，并開(kāi)創(chuàng)一個(gè)全新的音頻和視頻發(fā)送(distribution)市場(chǎng)。然而，多輸入多輸出(multipleinputandmultipleoutput,MIMO)射頻力量的實(shí)現(xiàn)，與目前產(chǎn)品尺寸不斷縮小、功耗及成本日益降低的趨勢(shì)是背道而馳的。本文將爭(zhēng)論設(shè)計(jì)RFMIMO解決方案時(shí)所遇到的挑戰(zhàn)；總結(jié)關(guān)鍵的性能指針，并闡釋MIMO前端模塊如何關(guān)心產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商解決這些設(shè)計(jì)難題。

802.11n的優(yōu)勢(shì)

與現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比較，802.11n具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。802.11n的數(shù)據(jù)傳輸率為200到400Mbps，能供應(yīng)一條足夠?qū)挼臄?shù)據(jù)信道，實(shí)現(xiàn)家居聯(lián)網(wǎng)和下載，以及媒體內(nèi)容發(fā)送(mediadistribution)。此外，該標(biāo)準(zhǔn)還有兩項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)(雖然兩者往往由于速度更高這一優(yōu)勢(shì)而為人所忽視)，就是其頻率范圍比現(xiàn)有802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的增大了20%到30%，并具有對(duì)802.11a/b/g的后向兼容性。后向兼容性能讓使用者在家居、辦公室和旅途應(yīng)用(雖然數(shù)據(jù)傳輸率和頻率范圍可能比完整MIMO解決方案的小)中使用相同的設(shè)備。802.11n客戶(hù)卡(clientcard)于全部的可能狀況下都會(huì)使用802.11n；而在現(xiàn)有熱點(diǎn)(hotspot)則退回到802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)。與其它的競(jìng)爭(zhēng)方案相比，802.11n最終的優(yōu)勝之處是它使用和802a/b/g標(biāo)準(zhǔn)相同的頻譜，都是2.4和5GHz。這就讓制造商能夠充共享受現(xiàn)有工藝技術(shù)、組件和供應(yīng)商所帶來(lái)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益(economiesofscales)，使高速網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用更為低廉。

RF設(shè)計(jì)的技術(shù)挑戰(zhàn)

安排式誤差向量幅度(ErrorVectorMagnitude,EVM)對(duì)總吞吐量和性能是特別重要的。一個(gè)完整的前端模塊在額定輸出功率下應(yīng)當(dāng)具有小于3%(-30dB)的安排式EVM(contributedEVM)。在MIMO中，則要求更好的線(xiàn)性度。為什么呢？由于要抽取信道模型，您需要有一個(gè)特別好的放射器。假如用作信道模型抽取的放射器的EVM很差，那么MIMO的性能便會(huì)大打折扣。不過(guò)，單憑EVM標(biāo)準(zhǔn)尚不足夠。前端模塊的EVM特性應(yīng)當(dāng)盡可能接近如圖1a所示的指數(shù)曲線(xiàn)，而不是像圖1b那樣有一個(gè)“最佳點(diǎn)”(sweetspot)。圖1b中的特性曲線(xiàn)有一個(gè)1或2dB的最佳點(diǎn)，功率放大器(PA)必需在這個(gè)點(diǎn)上工作，供應(yīng)規(guī)定性能。在最佳點(diǎn)以上或以下，工作前端模塊都會(huì)產(chǎn)生額外的EVM，并降低吞吐量。這里主要的問(wèn)題在于此最佳點(diǎn)會(huì)隨工藝、電壓、匹配電路以及溫度而漂移，因此EVM的安排會(huì)增大，而吞吐量則下降。具有這類(lèi)性能的前端模塊將很難應(yīng)用在需要保證最低性能標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品中。

此外，當(dāng)不同地區(qū)對(duì)于輸出功率限制有不同的條例標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一個(gè)具有指數(shù)EVM特性的前端模塊就可以讓您在全球各地使用相同的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)以用于輸出功率最高的地區(qū)為目標(biāo)，而當(dāng)該設(shè)計(jì)用于其它地區(qū)時(shí)，其性能便可以提高。不過(guò)，對(duì)具有圖1b所示EVM特性的前端模塊而言，狀況卻并非如此。

對(duì)于MIMO來(lái)說(shuō)，指數(shù)EVM特性供應(yīng)了類(lèi)似的優(yōu)勢(shì)。某些條例機(jī)構(gòu)把這一功率定義為全部天線(xiàn)的總功率。所以，即使前端模塊能夠?yàn)槊織l天線(xiàn)供應(yīng)較大的輸出功率，但輸出功率也可能需要補(bǔ)償3-6dB以符合條例要求。然而在同樣的產(chǎn)品中，假如使用原有802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的單一天線(xiàn)時(shí)，使用者都盼望能以最高的輸出功率進(jìn)行放射。如上所爭(zhēng)論，在不同功率級(jí)之下以圖1b中特性工作將引起性能下降。

形狀尺寸

隨著標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品尺寸日漸縮小，無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)也變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，并要求具有更多的電路和更高的功耗，這實(shí)實(shí)在在地為RF設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了極端的挑戰(zhàn)。

最新形狀尺寸的PCIE迷你卡，只有目前占WLAN市場(chǎng)主導(dǎo)地位的迷你PCI卡大小的一半。迷你PCI卡廣泛應(yīng)用于筆記本計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和接入點(diǎn)。這些現(xiàn)有設(shè)計(jì)只使用了一個(gè)RF放射鏈路和一個(gè)RF接收鏈路；但MIMO802.11n應(yīng)用卻需要兩個(gè)RF放射鏈路和兩個(gè)RF接收鏈路，如圖2所示?？紤]到組件的數(shù)量，加上為了生產(chǎn)需要而設(shè)立的禁止布線(xiàn)區(qū)域(keepoutareas)，若要在PCIE迷你卡的尺寸上實(shí)現(xiàn)這些電路實(shí)在極富挑戰(zhàn)性。然而，這正是MIMO前端模塊的真正優(yōu)勢(shì)所在：經(jīng)過(guò)全面測(cè)試的單一RF解決方案，集成了從收發(fā)器輸出到天線(xiàn)所需的全部電路。

要比較前端模塊的集成度，進(jìn)行嚴(yán)格的同模擬較是很重要的。有時(shí)，功能性(functionality)會(huì)被RF功能(輸出功率、EVM)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)所掩蓋，但它對(duì)成本和關(guān)鍵的電路板空間卻是特別重要的。

掌握接口：掌握接口是CMOS嗎？假如不是，將需要額外的電路來(lái)連接前端模塊和IC。

偏置電壓：前端模塊需要偏置電壓?jiǎn)?？若需要，則經(jīng)常需要外置調(diào)整器來(lái)供應(yīng)典型范圍在2.7到2.9V之間的偏置電壓，并利用額外的晶體管電路來(lái)啟動(dòng)偏置電壓或使之失效。除了尺寸和成本外，前端模塊(FEM)的性能也直接與偏置電壓相關(guān)，后者會(huì)隨溫度和電壓而變化。

電流消耗

盡管開(kāi)發(fā)人員可能認(rèn)為電流消耗和形狀尺寸沒(méi)有關(guān)聯(lián)，但事實(shí)上由前端模塊電流消耗所引起的三個(gè)問(wèn)題中，有兩個(gè)都與形狀尺寸有直接關(guān)系。

始終以來(lái)，電流消耗都和電池壽命有關(guān)。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員盼望以最低的電流消耗獲得最高的功率，有時(shí)甚至情愿接受稍低的輸出功率，以換取延長(zhǎng)10%的電池使用壽命。同樣的問(wèn)題也存在于MIMO應(yīng)用中，只是狀況更甚，由于這些應(yīng)用里有兩個(gè)完整的放射鏈路同時(shí)工作。這意味著前端模塊供應(yīng)商必需開(kāi)發(fā)出更高效、更低電流消耗的模塊來(lái)滿(mǎn)意MIMO市場(chǎng)的需要。若MIMO進(jìn)入PDA、手機(jī)和嬉戲機(jī)等電池更小的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，這將變得更為關(guān)鍵。

雖然電池壽命很重要，但開(kāi)發(fā)高效前端模塊另一個(gè)更重要的緣由，是形狀尺寸標(biāo)準(zhǔn)清晰限定了有多少功率供應(yīng)給PCI卡。在原有的802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)下，這些卡所消耗的電流與這些規(guī)格所限的相距甚遠(yuǎn)。不過(guò)，隨著工藝技術(shù)不斷提高，而MIMO系統(tǒng)具有多個(gè)信道，PCI卡所消耗的電流可能已經(jīng)很接近、甚至超過(guò)了形狀尺寸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。由于PA一般來(lái)說(shuō)是電流消耗最大的器件，因此前端模塊供貨商面對(duì)著更大的壓力，必需推動(dòng)技術(shù)和物理學(xué)的進(jìn)展，以實(shí)現(xiàn)高效解決方案。

前端模塊

本身也設(shè)計(jì)PA和開(kāi)關(guān)等組件的前端模塊制造商，能夠采納一些技術(shù)來(lái)讓匹配和偏置達(dá)到最佳化，把放射接收鏈路中的損耗減至最少。此外，他們也可以利用新的技術(shù)，以達(dá)到高集成度以實(shí)現(xiàn)這種小形狀尺寸。這些技術(shù)都是目前市場(chǎng)上可見(jiàn)的組件所沒(méi)有的。

憑借一種經(jīng)全面測(cè)試而且能夠滿(mǎn)意高輸出功率、低EVM和低電流消耗要求的解決方案，單一前端模塊便可以解決前面爭(zhēng)論過(guò)的全部系統(tǒng)問(wèn)題，幫助開(kāi)發(fā)商加快產(chǎn)品面市的速度。由于這種前端模塊