宽带RFIC简化下一代无线基站设计

随着无线通信技术不断演进，对下一代无线基础设施的设备和器件提出众多新挑战。下一代无线设备要求支持更宽的信号带宽、更复杂的调制方式，以便实现全球范围内的部署，并在各种运行频段上都能获得更高的数据速率。因而对系统噪声、信号线性度、功耗和外形尺寸等性能的要求也更加苛刻。同时，元器件的成本和尺寸也必须进一步降低以支持更高密度的应用。

在无线基础设施端，降低资本支出(CAPEX)和运营成本(OPEX)成为运营商的主要目标。基站BTS面临新的挑战：宽带架构需要支持多频带、多标准、多载波以及自适应调制方法；基站设备的尺寸和能耗问题。

小型化基站由于具有节省机房、节省散热设备和运营成本，易于部署、安置和维护等优点，并且在电源效率、热耗密度等方面具有优势，因而正在成为主流趋势。同时，基站设备小型化的发展需求，也给半导体厂商带来新的挑战。无线基础设施的设计者需要能够在下一代无线通信平台上支持更高的数据带宽的器件，高度集成的方案越来越受关注。

目前的3G和LTE基站采用许多标准分立RF器件来优化发送和接收RF信号通路的性能，而ADI公司推出一系列高集成度宽带RFIC，采用PLL/VCO合成器、混频器和调制器技术，可以为较小外形尺寸和较高密度的宏、微和微微蜂窝基站提供业界领先的相位噪声性能、功耗和线性度。在本届IIC-China技术研讨会上，ADI公司针对宽带无线基站的设计方案吸引众多关注。

“从基站实现架构看，在发射机链路方面，目前主流应用中80%的发射架构采用直接上变频，20%采用带低中频或直接射频的架构。”ADI公司通信基础设施产品技术市场经理奚峰介绍，“从相对系统成本、相应器件数量、系统功耗三方面比较不同发射机架构，可以发现，零中频(ZIF)方案最优。”与发射链路不同，接收链路的设计要求相对更高，其中对抗阻塞性更是苛刻。“目前95%的实现方式采用中频采样，5%采用零中频架构。”奚峰指出，“接收机的未来趋势是：高中频；直接射频；高度集成化。”零中频(ZIF)或直接变频接收机不需要片外高Q值带通滤波器，具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，因而正成为射频接收机中极具竞争力的一种架构。不过零中频结构也存在诸如直流偏差、本振泄漏和闪烁噪声等问题。有效地解决这些问题是正确实现零中频结构的前提。

由于集成多压控振荡器（VCO）带来的干扰问题比较难以解决，因而目前大多数方案都是集成单个VCO。而ADI则推出一款宽带集成合成器ADF4350，“它将多个VCO与PLL整合在单芯片中，可支持137.5MHz~4.4GHz范围内的连续调谐。”奚峰介绍，此外，它还支持整数N分频与小数N分频工作模式，允许用户通过软件控制方法确定最佳杂散与相位噪声性能，从而实现最佳的性能并加快产品上市时间。ADF4350还为ADI公司的ADL538x解调器与ADL537x调制器提供理想的本振源。当这些产品与ADI公司的AD837x宽动态范围可变增益放大器系列产品以及ADL552x低噪声RF放大器配合使用时，能提供理想的射频接收信号路径。

对于同时需要高动态范围和宽带宽的新兴技术应用需求来说，传统的Pipeline和SAR ADC架构已不能满足要求。为此，ADI推出连续时间sigma-delta(CTSD)ADC产品系列AD926x，在高效提供宽带宽和高动态范围的同时大幅降低了系统复杂度， AD926x系列产品可为高达10MHz的输入信号带宽提供86dB动态范围。“AD9262内置PLL时钟倍频器、抽取滤波器和采样速率转换器，并提供灵活的30MSPS～160MSPS的输出数据速率；AD9267集成了高性能640MSPS调制器内核和PLL时钟倍频器，可以直接输出高速数据，”奚峰介绍，这为设计人员提供了灵活性，可将信号处理功能卸载到FPGA或其它处理器。这些CTSD转换器的功耗为150mW/通道～350mW/通道，可满足新兴无线电架构（如直接下变频）等各种通信和工业应用的需求，简化系统设计，减小系统的整体尺寸并缩短上市时间。

“综合看来，与中频采样方案相比，零中频接收机架构将是未来趋势；而基于CTSD ADC的ZIF方案将会进一步优化系统成本、设备尺寸和系统噪声系数。” 奚峰介绍，唯一需要指出的是，在系统带宽方面，这种方案不够理想，还存在挑战，这也是ADI努力的方向。“目前我们的产品带宽可做到20MHz，今年上半年ADI还会推出一款40MHz芯片，明年将推出64MHz以上带宽的产品。”奚峰说，“另外考虑到以后面临高带宽的问题，我们将会把ADC和I/Q调制器以及低通滤波器集成在一起，这对于客户来说好处更明显，可以进一步简化设计。”