【導讀】受物聯(lián)網（IoT）這一日益普及的應用所驅動，我們生活在一個連接性越來越強的世界，電子設計需要提供無處不在的無線通信。從可穿戴設備到智能家電，集成RF的應用其范圍正在迅速擴大。因此，這種無線電鏈路（空中無線接口）的標準數(shù)量也在迅速增加。此外，還有傳統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)、衛(wèi)星通信、航空和海事等專業(yè)射頻市場，以及科學、醫(yī)療和工業(yè)等其他應用。
即使是對于Wi-Fi和藍牙等無處不在的2.4GHz無線應用，由于HF、VHF和UHF系統(tǒng)的多樣性，較低的無線電頻譜仍然非常活躍，其中一些系統(tǒng)占用了以前地面廣播使用的頻段。面對在新產品設計中需要集成射頻功能，并考慮到產品上市時間不斷增大的壓力，許多工程師正在發(fā)現(xiàn)這項任務越來越令人望而生畏。采用分立方案設計的傳統(tǒng)方法將很快被放棄，但電子設計仍然需要滿足提供連接能力的強勁需求。
為了幫助解決這個難題，RF設計人員需要尋求硅無線電供應商的幫助，這些供應商專為全球電信系統(tǒng)設計、開發(fā)和供貨低功耗模擬、數(shù)字和混合信號半導體解決方案。此外，他們還提供一系列模塊化構建模塊，可以作為“無線前端”的部分或全部實施方案。
總之，此類器件是針對HF / VHF / UHF設計所需的高靈活度、高性能IC，可以使工程師采用構建模塊的方法進行RF設計，這種方法通過使用多功能、低功耗和良好支持的RF IC器件來加快設計進程。
射頻設計和應用的挑戰(zhàn)
設計RF電路可能非常具有挑戰(zhàn)性。一些工程師更喜歡使用分立器件來創(chuàng)建設計。然而，考慮到需要領先競爭對手而率先將產品上市的快速發(fā)展商業(yè)壓力，上述方法不太合適。這些因素正在推動無線應用的重大變革。
無線網絡正在向更高數(shù)據(jù)速率和更高容量演進，Wi-Fi和藍牙等應用就是其中的代表，這也是半導體行業(yè)的主要發(fā)展動力之一。這種演對當前的設計技術提出了許多挑戰(zhàn)，特別是對（超）低功耗的苛刻要求。無線服務的快速增長使業(yè)界對高集成度和低成本解決方案的需求不斷攀升，快速增長的市場和激烈的競爭需要非常短的系統(tǒng)開發(fā)周期。為了應對這種趨勢，采用無線系統(tǒng)的新設計方法已成為當務之急。
以基于平臺的設計為基礎，業(yè)界出現(xiàn)了一種比采用分立RF器件的傳統(tǒng)方法更好的新設計思路，它采用了更高層次的抽象，即構建模塊、更好的可重用性和對系統(tǒng)性能的早期考慮。
圖1：收發(fā)器設計的構建模塊方法。
這里一個很好的例子就是無線接收器設計，一個由RF、模擬和混合信號組件組成的復雜系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，系統(tǒng)設計和分立電路設計是分開進行的。但采用構建模塊設計方法，無線接收器設計中的幾個挑戰(zhàn)都得到了很好的協(xié)調。
總部位于英國的CML Microcircuits是一家提供RF構建模塊解決方案的全球領先企業(yè)，其解決方案非常適合各種系統(tǒng)。下圖（圖2）顯示了采用高集成度實施方案的典型系統(tǒng)架構示例：數(shù)字/模擬雙向無線電（TWR）、無線數(shù)據(jù)（WD）遙測和軟件定義無線電（SDR）。
這些設計中的構建塊通常包括以下元素：
● 接收器（Rx） - 設計考慮因素包括分配RF、中頻（IF）和基帶（BB）電子器件的增益。
● 發(fā)射器（Tx） - 一個射頻發(fā)射器執(zhí)行調制、上變頻和功率放大。
● 收發(fā)器（XCVR） - 以上兩者的組合。
● 功率放大器（PA） - RF功率放大器是實現(xiàn)性能、可靠性和可接受成本的關鍵因素。
● 混頻器 - 具有兩個主要功能的頻率轉換設備：
（1）將RF頻率轉換為中頻（IF）或基帶。
（2）將BB或IF信號轉換為更高的IF或RF進行傳輸。
● 本機振蕩器（LO） - 在放大器具有滿足幅度和相位條件的反饋路徑時即可產生振蕩。 壓控振蕩器（VCO）可用作可編程鎖相環(huán)（PLL）的一部分來調諧給定頻率范圍內的LO。
圖2：用于構建模塊RF設計的典型系統(tǒng)架構。
CML Microcircuits針對射頻設計的構建模塊方法
如果能使用現(xiàn)有的商用器件來實現(xiàn)RF設計解決方案將是非常有利的。CML的CM97x和CM99x系列器件包括集成的接收器、發(fā)射器、收發(fā)器、調制器/解調器和PLL功能，能夠加速設計進程，并縮短產品上市時間。器件的主要性能摘要如下：
● CMX971 - 這是一款具有寬頻率工作范圍的高性能正交調制器。 CMX971的控制可以通過串行總線或直接控制來實現(xiàn)，可編程功能包括LO分頻器分頻比（2或4）和優(yōu)化運行（針對噪聲或線性）。
圖3：采用CMX971正交解調器、CMX970 IF/RF正交解調器和CMX983可編程基帶接口IC的典型系統(tǒng)應用。
● CMX975 - 這是一款能夠擴大CML射頻構建模塊頻率范圍的IC，它具備多種功能：RF PLL/VCO、IF PLL/VCO、發(fā)送上變頻混頻器、接收下變頻混頻器和低噪聲放大器（LNA）。RF高頻合成器采用小數(shù)N分頻設計，使用完全集成的內部VCO或高達6 GHz的外部VCO，工作頻率高達3.6 GHz。 IF合成器采用整數(shù)N分頻設計，工作頻率高達1 GHz，它具有集成的VCO，只需要一個外部電感來設置頻率。 Rx混頻器可以配置為鏡像抑制或通常模式，而Tx混頻器可以配置為邊帶抑制或正常模式。集成的LNA分三步提供18 dB的增益降低。
圖4：CMX975設計用于與CML的CMX973正交調制器/解調器一起工作，以提供一個工作頻率范圍為1至2.7 GHz的簡單且經濟高效的高頻超級收發(fā)器。
● CMX99x – 包括CMX991正交收發(fā)器、CMX992正交接收器、CMX993/993W正交調制器、CMX994A/E直接轉換接收器和CMX998笛卡爾反饋環(huán)路發(fā)送器。該系列產品工作在100 MHz至1 GHz 的RF頻率范圍，CMX993/993W和CMX998的工作頻率可低達30 MHz，具有非常高的靈活性。這些IC可以單獨或組合使用，能夠滿足恒定包絡（constant-envelope）和線性調制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和編碼語音運行中的許多無線格式需求。為了節(jié)省PCB成本，這些產品只需最少量的外部電路，并采用緊湊型VQFN封裝。為了實現(xiàn)最短的設計集成時間，CMX99x系列產品具有現(xiàn)成的評估和演示輔助以及一系列應用信息支持。
圖5：采用CMX971和CMX994A/E進行組合設計的應用示例。
結論
與使用分立元件和電路的方案相比，采用構建模塊或模塊化方法進行RF設計具有下列主要優(yōu)勢和益處：
● 較短的設計周期。
● 更快的產品上市時間，更短的產品贏利時間。
● 對完成設計只需進行更簡單的測試。
● 完成設計所需的組件更少。
● 實現(xiàn)更高的可靠性。
● 具有更高的性能。
● 能夠更好地控制公差冗余。
● 實現(xiàn)更低成本的最終產品。
盡管在大多數(shù)情況下使用分立元件可以為某些應用提供更高程度的靈活性，但使用集成式構建模塊可以實現(xiàn)上述列出的部分（或是全部）優(yōu)勢。CML提供的技術和產品非常適合這種射頻設計方法。
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