中心議題：

• 射頻開關優化智能手機信號

解決方案：

• 蜂窩手機中要求使用大量射頻開關
• 使用分立元件和芯片組進行設計

不管是通過蜂窩還是移動連接網絡和外部設備
，為了確保高數據速率的無線通信
，典型的智能手機(圖1)都集成有許多天線組件和多個無線數據流。放大、過濾和切換所要求的射頻信號需要用到多種射頻元件(圖中用藍色突出顯示了射頻開關部分)。

現xian代dai智zhi能neng手shou機ji是shi一yi種zhong複fu雜za的de設she備bei，在zai手shou持chi式shi封feng裝zhuang中zhong充chong分fen融rong合he了le計ji算suan和he通tong信xin技ji術shu。這zhe些xie設she備bei必bi須xu通tong過guo直zhi觀guan的de操cao作zuo界jie麵mian提ti供gong各ge種zhong與yu消xiao費fei者zhe和he業ye務wu有you關guan的de功gong能neng。電dian磁ci (EM)場產生計算機電路與必定會接收到其它EM信號的無線電路非常靠近
，這隻是智能手持設備麵臨的設計挑戰之一。智能手機的複雜性還延伸到了這些多射頻發射器的RF模擬/混合信號領域。
觀guan察cha這zhe種zhong新xin型xing手shou機ji內nei部bu的de無wu線xian模mo塊kuai，可ke以yi發fa現xian多duo種zhong無wu線xian電dian信xin號hao在zai很hen小xiao物wu理li體ti積ji內nei工gong作zuo和he共gong存cun所suo固gu有you的de複fu雜za性xing。這zhe種zhong複fu雜za的de信xin號hao路lu由you和he射she頻pin開kai關guan要yao求qiu對dui智zhi能neng手shou機ji設she計ji提ti出chu了le極ji大da的de挑tiao戰zhan。智zhi能neng手shou機ji中zhong的de射she頻pin開kai關guan配pei置zhi種zhong類lei十shi分fen廣guang泛fan，從cong相xiang對dui簡jian單dan的de單dan刀dao雙shuang擲zhi(SPDT)配置直到更為複雜的單刀十擲(SP10T)配置，有時擲的數量甚至更高。開發所有這些開關的源動力是豐富的無線電通信技術以及智能手機中的多種頻率和多副天線。

在蜂窩通信係統中用到了多種射頻開關元件(圖2)。這些開關元件包括主天線發送/接收(T/R)開關
，用於將主設備天線用於時分雙工(TDD)收發器中的蜂窩發送和接收功能，例如用於提供全頻段GSM服務的收發器。另外，頻段模式開關主要用於將寬帶CDMA信(xin)號(hao)從(cong)功(gong)放(fang)的(de)輸(shu)出(chu)引(yin)導(dao)至(zhi)頻(pin)率(lv)選(xuan)擇(ze)頻(pin)段(duan)雙(shuang)工(gong)器(qi)。分(fen)集(ji)開(kai)關(guan)用(yong)於(yu)連(lian)接(jie)第(di)二(er)副(fu)或(huo)分(fen)集(ji)蜂(feng)窩(wo)天(tian)線(xian)。分(fen)集(ji)天(tian)線(xian)在(zai)數(shu)據(ju)卡(ka)應(ying)用(yong)中(zhong)非(fei)常(chang)普(pu)遍(bian)，在(zai)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)流(liu)行(xing)，特(te)別(bie)是(shi)針(zhen)對(dui)以(yi)數(shu)據(ju)為(wei)中(zhong)心(xin)的(de)係(xi)統(tong)(如LTE)。 [page]
主zhu天tian線xian開kai關guan的de主zhu要yao功gong能neng是shi將jiang空kong中zhong射she頻pin無wu線xian電dian通tong信xin信xin號hao連lian接jie到dao通tong信xin調tiao製zhi解jie調tiao器qi中zhong的de主zhu要yao發fa送song與yu接jie收shou功gong能neng模mo塊kuai。目mu前qian這zhe種zhong天tian線xian開kai關guan的de實shi現xian有you多duo種zhong多duo樣yang，從cong單dan刀dao七qi擲zhi(SP7T)直到單刀十擲(SP10T)都有
，具體取決於智能手機支持的射頻頻段數量。

主(zhu)天(tian)線(xian)開(kai)關(guan)的(de)任(ren)務(wu)是(shi)保(bao)持(chi)信(xin)號(hao)線(xian)性(xing)度(du)
，並(bing)提(ti)供(gong)發(fa)送(song)與(yu)接(jie)收(shou)鏈(lian)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)，同(tong)時(shi)盡(jin)可(ke)能(neng)實(shi)現(xian)最(zui)小(xiao)的(de)插(cha)損(sun)。從(cong)以(yi)前(qian)僅(jin)傳(chuan)送(song)語(yu)音(yin)的(de)通(tong)信(xin)向(xiang)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)的(de)過(guo)渡(du)促(cu)進(jin)了(le)向(xiang)更(geng)高(gao)階(jie)調(tiao)製(zhi)方(fang)案(an)的(de)發(fa)展(zhan)，比(bi)如(ru)正(zheng)交(jiao)頻(pin)分(fen)複(fu)用(yong)(OFDM)調製以及緊密相關的正交頻分多址(OFDMA)調製。這些複雜的調製方案產生的波形幅度變化範圍非常大，因此信號具有很高的峰均比(PAPR)，進(jin)而(er)對(dui)處(chu)理(li)它(ta)們(men)的(de)元(yuan)件(jian)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)大(da)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)的(de)要(yao)求(qiu)，同(tong)時(shi)要(yao)求(qiu)射(she)頻(pin)開(kai)關(guan)具(ju)有(you)傑(jie)出(chu)的(de)線(xian)性(xing)度(du)，以(yi)便(bian)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)降(jiang)低(di)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)路(lu)徑(jing)中(zhong)的(de)失(shi)真(zhen)。

為(wei)了(le)在(zai)信(xin)號(hao)功(gong)率(lv)電(dian)平(ping)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)時(shi)仍(reng)能(neng)保(bao)持(chi)好(hao)的(de)線(xian)性(xing)度(du)，大(da)多(duo)數(shu)天(tian)線(xian)開(kai)關(guan)采(cai)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)複(fu)雜(za)的(de)設(she)計(ji)拓(tuo)撲(pu)來(lai)滿(man)足(zu)這(zhe)些(xie)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge)的(de)線(xian)性(xing)要(yao)求(qiu)。例(li)如(ru)，在(zai)天(tian)線(xian)開(kai)關(guan)模(mo)塊(kuai)中(zhong)經(jing)常(chang)集(ji)成(cheng)有(you)電(dian)荷(he)泵(beng)，用(yong)於(yu)提(ti)升(sheng)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)以(yi)控(kong)製(zhi)構(gou)成(cheng)開(kai)關(guan)的(de)場(chang)效(xiao)應(ying)晶(jing)體(ti)管(guan)(FET)。這種方案通常是一種合理的折衷，因為它減少了對更大FET的需求，改善了開關插損和隔離性能
，增強了開關壓縮點的魯棒性。開關壓縮點定義為增益被壓縮0.1dB或1dB的輸出功率點(P0.1dB或P1dB)。
根據係統分割方法，開關可能包含GSM發送諧波頻率濾波功能。這種配置通常被稱為天線開關模塊(ASM)。一些改進的開關可能還包含聲表麵波(SAW)濾波器
，組成微型模塊封裝中完整的開關/接收濾波器。不管是ASM或沒有GSM濾波器的開關，還是完整的發送/接收開關和SAW模塊
，主通道開關總是包含緊湊模塊中的主開關和控製邏輯功能。

用於智能手機應用的高擲數開關通常采用GaAs偽晶高電子遷移率晶體管(pHEMT)工藝製造
，不過這些產品也可能使用標準矽CMOS和絕緣矽(SOI)技術開發。每種方法都有優缺點，而選擇通常取決於最終用戶的要求。

Skyworks Solutions公司最近開發出多款高擲數的開關，其中包括用於多頻段操作的單刀十擲開關。舉例來說，型號為SKY13362-389-LF的單刀十擲 (SP10T)開關支持多達5個3G蜂窩通信頻段。這種開關由4個CMOS/TTL兼容的控製電壓所控製
，集成了CMOS解碼器和GSM發送濾波器，可在單個+2.5V至+3.0VDC電源下工作


，工作頻率範圍從0.4GHz至2.2GHz。從天線端口到收發器端口的典型插損值為0.5dB
，天線端口到任一GSM發送端口的插損是1.1dB，天線到接收端口的插損也是1.1dB。隔離度至少17dB，最高32dB(取決於測量的是哪兩個端口)。這種開關具有5μs的切換速度，在UMTS模式下測試時的輸入3階截取點為+61dBm或更高
，開關采用3.0x3.8mm扁平無引線(QFN)封裝供貨。

Skyworks Solutions公司推出的型號為SKY14152的前端模塊包含有集成式絕緣矽開關和控製器、GSM發送濾波器和單頻段差分SAW接收濾波器。其中的開關是一種單刀八擲(SP8T)元件，工作頻率範圍從0.4GHz至2.17GHz。在開關的發送接收端口可以承受至少+27dBm的功率，典型的插損在 0.7dB以下。任何兩個端口之間的隔離度至少有30dB。SKY14152模塊針對數據卡應用作了優化，采用20引腳、3.2x3.2mm多芯片模塊 (MCM)封裝供貨。

在一些手持式應用中，允許直接連接手機電池(具有正確的電源電壓範圍)的產品是很有用的。未來設計也可能從基於GPIO的控製接口轉為工業標準可編程接口中，以適應高擲數的天線開關模塊應用。

隨著3G多模和多頻架構的普及
，對頻段/模式開關的需求越來越多。高線性的頻段和/或模式開關可以在寬帶碼分多址(WCDMA)信號通過天線開關模塊發送出去之前，將該信號從功率放大器(PA)輸出端切換入合適的頻率雙工器。對頻段或模式開關的要求取決於所選擇的功放架構。在單模架構場合
，由於GSM 發送通道和線性寬帶CDMA通道是分開的，因此隻要求頻段開關能夠將WCDMA信號從功放輸出端傳遞到雙工器。在多模、多頻信號路徑架構場合，由於GSM 和WCDMA信號通過同一功放發送
，模式開關必須能夠處理更大功率的飽和GSM調製信號。兩種功放架構一般都有一條高頻段和一條低頻段放大器鏈。在單模架構中，開關隻需用來選擇多個寬帶CDMA雙工器中的一個。

根據需要支持的寬帶CDMA頻段數量，頻段或模式開關通常是單刀雙擲(SPDT)或單刀三擲(SP3T)配置。然而，在空間十分寶貴的設計中，這個功能可以合並為雙刀四擲(DP4T)開關或雙刀五擲(DP5T)開關
，這樣的配置可以處理多達5個頻段。對這些開關的要求取決於開關必須處理的射頻信號電平。目標是提供足夠的線性度
，不給係統增加由開關引起的信號失真。

頻段開關可同時用於前置功放和後置功放，因為在多頻段平台中頻段會增加或合並。選擇pHEMT還是絕緣矽技術通常由實際控製電壓的大小決定。當控製電壓為2.8V或以上時，pHEMT技術是一個很好的選擇。當射頻子係統使用較低電壓的邏輯信號(如1.8V)時，絕緣矽技術更加合適。與高擲數的開關不同
，低擲數的GaAs器件由於尺寸受限，通常不會采用電荷泵電路。

Skyworks Solutions公司提供的頻段/模式開關產品包括適合低邏輯電平(1.8V控製邏輯)的絕緣矽器件和GaAs pHEMT器件。絕緣矽開關器件包括SPDT型號SKY13330-397LF、SP3T型號SKY13345-368LF和雙刀四擲(DP4T)型號 SKY14155-368LF等。GaAs pHEMT集成電路(IC)包括型號為SKY13351-378LF、SKY13320-374LF和SKY13321-360LF的SPDT開關、型號為SKY13309-370LF和SKY13317-373LF的SP3T開關以及型號為SKY14151-350LF的SP4T開關。

在zai新xin興xing的de無wu線xian手shou機ji和he數shu據ju卡ka應ying用yong中zhong
，經jing常chang會hui使shi用yong第di二er個ge或huo分fen集ji接jie收shou天tian線xian以yi及ji相xiang關guan的de接jie收shou機ji信xin號hao鏈lian。分fen集ji接jie收shou技ji術shu用yong於yu提ti高gao數shu據ju速su率lv，特te別bie是shi在zai數shu據ju吞tun吐tu量liang最zui關guan鍵jian的de場chang合he。基ji於yu成cheng本ben和he功gong耗hao的de考kao慮lv，實shi用yong的de分fen集ji技ji術shu隻zhi應ying用yong於yu終zhong端duan設she備bei中zhong的de接jie收shou側ce
，不bu包bao括kuo發fa送song信xin號hao路lu徑jing。根gen據ju所suo需xu支zhi持chi的de寬kuan帶daiCDMA頻段數量
，在分集天線處需要使用一個合適的開關。在大多數情況下，要求使用SP3T
、SP4T或單刀五擲(SP5T)開關。與主要路徑天線使用的開關相比，這些射頻開關的承受功率要求要低一些
，因為這些開關不需要通過很高功率的發送機信號。

Skyworks公司針對分集應用設計了多款產品
，SKY13322-375LF SP4T開關、SKY14153-368LF SP4T開關、SKY13345-368LF SP4T開關和SKY14151-350LF SP4T開關就是適合分集應用的一些最流行器件。將來的產品中還將包括SP5T開關SKY13358-388LF。舉例來說
，型號為 SKY13322-375LF的GaAs FET SP4T開關可以工作在0.1GHz至6.0GHz頻率範圍，1GHz時的典型插損值為0.45dB，1GHz時的典型隔離度為28dB。這種開關的 1dB壓縮點(P1dB)為+30dBm
，采用10引腳的微型引線框雙路封裝(MLPD)，尺寸為2x3mm。型號為SKY14151-350LF SP4T的分集開關可以工作在0.1GHz至2.5GHz頻率範圍，1GHz時的隔離度為29dB，1GHz時的插損典型值為0.4dB。這款開關還集成了解碼器，僅使用兩根TTL兼容的直流控製線來控製4個開關端口。該開關可以處理功率達+34.5dBm的900MHz射頻和功率達+31.5dBm的 1.8GHz射頻信號。這是一種對稱型開關，專門針對GSM/WCDMA/EDGE作了優化，可以在+2.5至+3.0VDC的單電源下工作，並采用 3x3mm QFN封裝供貨。此外，4G標準對用於多入多出(MIMO)操作的第二副天線組件作了規定。在較簡單的實現中，MIMO可ke以yi通tong過guo選xuan擇ze更geng強qiang的de接jie收shou信xin號hao或huo合he並bing兩liang個ge獨du立li天tian線xian端duan接jie收shou到dao的de信xin號hao提ti高gao總zong的de接jie收shou信xin號hao強qiang度du
，從cong而er促cu進jin數shu據ju速su率lv的de提ti高gao。在zai較jiao為wei複fu雜za的de實shi現xian中zhong

，MIMO可以用來在基站和手機之間同時傳送兩個(或多個)獨立數據流。第4代蜂窩標準LTE的推出將驅動更多的分集路徑配置
，因為智能手機擴大了便攜式設備的數據吞吐能力。
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在移動連接方麵，開關對於信號路由和將不同無線信號連接到天線來說至關重要。智能手機中的藍牙無線電、Wi-Fi連接和移動電視接收功能都要求額外的開關功能。近年來

，智能手機類設備中移動連接的附加速率(更多功能以此速率添加到手機中)顯著提高。藍牙和調頻收音機的附加率大於50%，全球定位係統 (GPS)和Wi-Fi的附加率接近20%。在單個芯片中整合了多種通用移動連接技術(藍牙
、Wi-Fi和調頻收音機)的芯片組的推出進一步推動了這些附加功能的流行和普及。
移動無線連接選件一般有兩種實現方式：使(shi)用(yong)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)和(he)芯(xin)片(pian)組(zu)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)，或(huo)通(tong)過(guo)第(di)三(san)方(fang)模(mo)塊(kuai)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)。不(bu)管(guan)實(shi)現(xian)細(xi)節(jie)如(ru)何(he)，在(zai)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)的(de)移(yi)動(dong)連(lian)接(jie)側(ce)存(cun)在(zai)射(she)頻(pin)開(kai)關(guan)的(de)多(duo)種(zhong)應(ying)用(yong)。

在嵌入式WiFi應用場合
，手機製造商的頻段範圍將決定射頻開關的要求。如果限於2.4GHz頻段內工作
，一般要求使用SPDT或SP3T的開關器件，具體取決於藍牙信號是否存在。開關接口在某種程度上取決於WiFi解決方案的芯片組製造商。向開關提供2.8V穩壓輸出的芯片組通常適合使用 pHEMT器件。越來越多的新款WiFi芯片組專門針對便攜式應用(使用1.8V範圍的低電平邏輯電壓)作了優化。在隻使用1.8V的情況下，絕緣矽開關也許是更好的選擇，可以避免pHEMT器件在工作電壓低於2.7V時可能發生的性能劣化。

在選用GaAs pHEMT器件時

，Skyworks公司有豐富的產品組合適合這類應用。選用建議包括SKY13323-378LF SPDT和SKY13351-378LF SDPT(適合5.8GHz頻段)開關
、SKY13317-373LF SP3T開關(適合5.8GHz頻段)。如果要求更低的工作電壓
，可以使用型號為SKY13330-397LF和SKY13345-368LF的絕緣矽器件。

SKY13323-378LF SPDT開關是一種pHEMT GaAs FET器件，能夠工作在0.3GHz至3.0GHz的頻率範圍
，在3GHz時的典型插損為0.35dB
，典型隔離度為27dB。這種器件采用6引腳
、 1x1mm的MLPD封裝供貨。SKY13351-378LF SPDT開關的工作頻率範圍是2GHz至6GHz
，在2.45GHz時的插損為0.35dB，隔離為24dB。該器件同樣采用1x1mm的MLPD封裝供貨。這種器件可以實現40ns的上升/下降時間，在2.45GHz時的輸入三階截取點(IP3)為+32dBm。SKY13317-373LF SP3T開關可以用來控製頻率從0.1GHz至6.0GHz的信號
，在2.5GHz時的插損為0.5dB，在6GHz時的插損為0.9dB，在6GHz時的隔離度為25dB。這種開關采用1.5x1.5mm MLP封裝供貨，1dB壓縮點電平為+27dBm，非常適合高線性度應用。

隨著WiMAX網絡的推出

，更多的設備可工作在WiMAX和蜂窩網絡上。WiMAX設備通常比相應的WiFi網絡設備發送更高的輸出功率，因此要求使用更高線性度的開關來避免信號失真。適合WiMAX使用的Skyworks器件包括SKY13370-374LF
、SKY13299-321LF和 SKY13348-374LF。

電池技術、顯示屏、處理能力/速su率lv方fang麵mian的de改gai進jin使shi得de消xiao費fei者zhe在zai目mu前qian的de智zhi能neng手shou機ji移yi動dong平ping台tai上shang享xiang受shou更geng加jia豐feng富fu的de體ti驗yan成cheng為wei可ke能neng。能neng夠gou充chong分fen利li用yong新xin一yi代dai器qi件jian的de新xin應ying用yong層ceng出chu不bu窮qiong，而er流liu式shi視shi頻pin和he視shi頻pin集ji錦jin成cheng為wei這zhe些xie應ying用yong的de突tu出chu特te色se。手shou持chi設she備bei中zhong，廣guang播bo電dian視shi接jie收shou麵mian臨lin的de一yi大da挑tiao戰zhan是shi工gong作zuo在zai極ji低di頻pin率lv下xia天tian線xian的de物wu理li尺chi寸cun。移yi動dong電dian視shi和he調tiao頻pin收shou音yin機ji芯xin片pian組zu一yi般ban覆fu蓋gai數shu十shiMHz至800MHzdepinlvfanwei。jianyutianxianwulichicunyujieshouxinhaobochangzhijiandechuantongguanxi，juyoutiaopinshouyinjihuodianshijieshougongnengdeshoujixuyaoyilaimouxieleixingdeshepintiaoxiegongneng
，yibianliyongjincoudeqianrushitianxianjieshouzhexiexiangduidipinlvdexinhao。tongguoqieruzukangtiaozhenghezukangpipeidianluyuzujian
，shepinkaiguankeyiyonglaitiaozhengqianrushitianxiandedianqichangdu
，shidecaiyongzhexieqianrushitianxiandeshoujinenggoumanzuxiaofeizheduiheliqijianchicunxiaqudelianghaoxingnengdeqiwang。

調頻收音機是普及率最高的無線連接技術之一，如今已經從僅具備接收功能發展為包含調頻發送功能的設備。車載和家用MP3/調頻收音機直通設備的爆炸式增長對調頻發送功能提出了更多的要求。一般情況下
，SPDT開關用於選擇調頻接收和調頻發送功能。SKY13322-375LF(SP4T)和 SKY13309-370LF(SP3T)開關設計用於滿足移動電視應用的要求。SKY13323-378LF是調頻發送和接收應用的理想之選。