自適應(yīng)天線調(diào)諧器 - 深度解析高通RF360移動(dòng)射頻前端解決方案

　　自適應(yīng)天線調(diào)諧器

　　第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是自適應(yīng)天線調(diào)諧。更薄、更時(shí)尚的移動(dòng)終端設(shè)計(jì)讓射頻問題變得更加嚴(yán)峻，即用戶的手掌和頭部與天線的實(shí)際距離變得更近，這使天線受到目標(biāo)頻率的干擾；這是除了用戶手掌和/或頭部的物理障礙造成基站信號(hào)衰減外，另一個(gè)導(dǎo)致信號(hào)丟失的原因。基站需要向移動(dòng)終端發(fā)送指令增加傳輸功率以補(bǔ)償丟失的信號(hào)。如果終端傳輸功率升高，那么電池的消耗也會(huì)加快。如果終端已經(jīng)處于最大傳輸功率，那么通話就會(huì)受到影響，甚至導(dǎo)致掉話（見圖5）。

　　圖5 傳統(tǒng)射頻前端信號(hào)干擾導(dǎo)致功耗增加或掉話

　　圖6 美國(guó)高通公司RF360信號(hào)干擾啟動(dòng)重新調(diào)諧

　　相比之下，美國(guó)高通公司的系統(tǒng)與終端的傳感器相配合，監(jiān)測(cè)天線信號(hào)干擾和增益信號(hào)損失，此外，調(diào)制解調(diào)器還能指導(dǎo)天線匹配調(diào)諧器重新調(diào)諧到正確的頻率。這就避免了因補(bǔ)償越限頻率傳輸造成的功率增加，功率只需增加到能夠補(bǔ)償物理障礙產(chǎn)生的信號(hào)衰減即可（見圖6）。

　　功率放大器性能

　　美國(guó)高通公司RF360解決方案采用全面系統(tǒng)設(shè)計(jì)打造全CMOS射頻前端。在過去，與基于模塊并采用GaAs/CMOS混合技術(shù)的解決方案相比，該前端被認(rèn)為不足以滿足蜂窩功率的性能需求。然而，QTI的測(cè)試已經(jīng)證明，在廣泛的傳輸功率水平上，僅使用當(dāng)前一代支持包絡(luò)功率追蹤的CMOS集成方案與使用當(dāng)下平均功率追蹤的常規(guī)功率放大器相比，傳輸功率性能（TX功率產(chǎn)生的功耗）不相上下（見圖7）。

　　圖7 功率放大器性能對(duì)比

　　圖8 TX功率使用形態(tài)

　　美國(guó)高通公司的支持包絡(luò)追蹤的解決方案與傳統(tǒng)的平均功率追蹤的解決方案相比，在不同功率水平上的差異很小。根據(jù)QTI在美國(guó)加州鄉(xiāng)村地區(qū)（2013年，連續(xù)監(jiān)測(cè)7天，從早8點(diǎn)到晚8 點(diǎn)）以及洛杉磯市區(qū)（2011年，連續(xù)監(jiān)測(cè)1天，從早6點(diǎn)至晚7點(diǎn)）的各個(gè)商用網(wǎng)絡(luò)上實(shí)地收集的數(shù)據(jù)，包絡(luò)追蹤器系統(tǒng)已在性能效率方面做了優(yōu)化，在現(xiàn)實(shí)世界最常用的功率范圍內(nèi)提供最佳的通話時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸（見圖8），而且即使超出了這些最常用的傳輸功率范圍，其性能也接近傳統(tǒng)的功率放大器。

　　當(dāng)基于高/低頻段的實(shí)際功率使用分布來衡量功率性能時(shí)，使用美國(guó)高通公司RF360解決方案的功率放大器在總功耗上與鄉(xiāng)村地區(qū)的傳統(tǒng)功率放大器幾乎相同，比城市地區(qū)的傳統(tǒng)功率放大器還要略低一些（見圖9）。

　　圖9 基于使用的總功耗對(duì)比

　　圖10 采用天線調(diào)諧的TX功率使用分布轉(zhuǎn)移

　　值得注意的是，這些性能對(duì)比不包括使用高精度模擬電路進(jìn)行優(yōu)化功率放大器和ET操作帶來的提升，例如，通過增加多個(gè)可編程增益狀態(tài)。天線調(diào)諧增益也沒有計(jì)入比較。QTI測(cè)試表明，2 dB增益來自于天線調(diào)諧，它將TX電源使用曲線的頻率在使用形態(tài)分布內(nèi)向“左”轉(zhuǎn)移–2 dB（見圖10）。

　　將這些轉(zhuǎn)移的TX功率使用頻率分布計(jì)入性能分析，能體現(xiàn)出總功耗的進(jìn)一步提升。因此，即使沒有功率放大器優(yōu)化和天線調(diào)諧增益，整體系統(tǒng)性能也能滿足當(dāng)下的需求，且與現(xiàn)有的前端解決方案不分上下，而且PCB空間需求更小，射頻頻段可擴(kuò)展性更大。

　　結(jié)論

　　美國(guó)高通公司的前端解決方案是一個(gè)創(chuàng)新集合體：

　　首款采用集成天線開關(guān)的完全集成式單芯片多模、多頻段CMOS的功率放大器首個(gè)堆棧式RF POP解決方案（3D封裝），縮小了射頻前端的空間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通用電路板布局，并簡(jiǎn)化RF頻段定制或擴(kuò)展首個(gè)支持LTE的CMOS功率放大器首個(gè)采用包絡(luò)追蹤的CMOS功率放大器首個(gè)動(dòng)態(tài)重構(gòu)LTE多模天線調(diào)諧器總體來說，它是第一款包括調(diào)制解調(diào)器和天線之間一切元件的、完全集成并基于CMOS的射頻前端該解決方案重點(diǎn)解決全球LTE頻帶擴(kuò)展對(duì)移動(dòng)終端的經(jīng)濟(jì)規(guī)模生產(chǎn)，以及極其有限的PCB空間所帶來的直接挑戰(zhàn)。RF POP方案實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通用全球電路板級(jí)設(shè)計(jì)，它具有簡(jiǎn)化的射頻頻帶擴(kuò)展或定制，可以幫助恢復(fù)終端的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)規(guī)模。更小的射頻前端空間、散熱空間需求和尺寸，以及更長(zhǎng)的電池壽命，成就了外形超薄、功能強(qiáng)大且高效的終端設(shè)計(jì)。此外，該解決方案現(xiàn)已開始出樣，旨在滿足實(shí)現(xiàn)LTE規(guī)模經(jīng)濟(jì)和全球漫游的緊迫挑戰(zhàn)。