采用DuNE技術(shù)構(gòu)建手機(jī)集成自適應(yīng)天線調(diào)諧器的解決方案

在蜂窩手機(jī)內(nèi)實現(xiàn)天線調(diào)諧的最大障礙是缺少一種損耗低、調(diào)諧率高的高性能、可電調(diào)諧電抗元件。這種元件的最大挑戰(zhàn)是功率處理能力和線性度。作為MEMS和BST方法的一種替代方案，Peregrine Semiconductor采用其UltraCMOS工藝技術(shù)和HaRP設(shè)計創(chuàng)新，開發(fā)了一種已申請設(shè)計方法學(xué)專利的DuNE技術(shù)，來制造實用的數(shù)字調(diào)諧電容器（DTC）。那么如何利用DuNE技術(shù)構(gòu)建自適應(yīng)天線調(diào)諧器的關(guān)鍵構(gòu)建模塊呢？

如今的手機(jī)不僅僅是通話設(shè)備，它還必須支持移動電視、藍(lán)牙、WLAN和GPS等應(yīng)用。由于新特性、新功能以及輕薄短小的工業(yè)設(shè)計要求，留給手機(jī)天線的空間非常有限。天線被裹包在設(shè)計內(nèi)并被施以彎曲布線，因而降低了其效率。幸運地是，這種天線性能損失可以通過天線調(diào)諧來補(bǔ)償，天線調(diào)諧利用動態(tài)阻抗調(diào)諧技術(shù)來優(yōu)化天線性能。

當(dāng) 無源天線無法滿足預(yù)期性能要求時，通常采用開環(huán)天線調(diào)諧系統(tǒng)，對天線在設(shè)定頻段和工作模式的性能進(jìn)行微調(diào)。這種技術(shù)還會把與發(fā)射/接收頻率、調(diào)諧機(jī)制或手 機(jī)使用狀態(tài)（滑蓋或折疊）等相關(guān)的環(huán)境因素考慮在內(nèi)。當(dāng)設(shè)計手機(jī)的時候，這些信息被存儲在基帶存儲器內(nèi)的查找表中。但開環(huán)系統(tǒng)不對天線的工作狀況進(jìn)行實時 監(jiān)測，所以它無法把變化的環(huán)境因素考慮在內(nèi)。

在蜂窩手機(jī)內(nèi)實現(xiàn)天線調(diào)諧的最大障礙是缺少一種損耗低、調(diào)諧率高的高性能、可電 調(diào)諧電抗元件。這種元件的最大挑戰(zhàn)是功率處理能力和線性度。用于GSM發(fā)射器的天線功率要達(dá)到+33dBm，但在不匹配條件下，可調(diào)諧元件必須要能處理功 率達(dá)+40dBm（30V峰值）的RF信號。

為實現(xiàn)可調(diào)諧天線和濾波器，設(shè)計人員采用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和諸如鈦酸鍶鋇（BST）等鐵電材料技術(shù)進(jìn)行了實驗。雖然這些技術(shù)具有很大應(yīng)用前景，但現(xiàn)在尚不能大批量生產(chǎn)。為解決手機(jī)天線的可調(diào)諧問題，設(shè)計人員需采用經(jīng)過驗證且可立即投入大批量生產(chǎn)的新技術(shù)。

手機(jī)RF收發(fā)器部分的阻抗被設(shè)計成50Ω。理想情況下，天線應(yīng)在整個頻段的阻抗都為50Ω。但這種情況幾乎不會出現(xiàn)，因為小巧手機(jī)的天線與生俱來就具有帶寬窄、匹配性能較差、發(fā)射效率低等特征。帶寬限制迫使手機(jī)天線設(shè)計人員在整個工作頻段內(nèi)不將天線阻抗目標(biāo)設(shè)定為50Ω。

用 戶拿持手機(jī)的方式等環(huán)境因素也將影響手機(jī)天線的阻抗。一般情況下，手機(jī)天線工作的電壓駐波比（VSWR）小于3.0:1，但當(dāng)用戶的手指放在天線發(fā)射器上 時，VSWR會被惡化至9.0:1?？紤]到信號鏈上所有設(shè)備都被設(shè)計為工作在理想的1.0:1的VSWR，所以即便在開闊無障礙的地方，這種性能惡化的后 果也非常嚴(yán)重。

為滿足這些嚴(yán)苛的功率要求，自適應(yīng)天線調(diào)諧也許是唯一選擇。這個方法強(qiáng)制天線在怎樣環(huán)境下都具有50Ω阻抗， 從而使系統(tǒng)其它部分工作在最優(yōu)狀態(tài)下。雖然當(dāng)天線阻抗為50Ω（1.0:1 VSWR）時，天線調(diào)諧器將自身的損耗增加到了電路中，但與未經(jīng)過校正的系統(tǒng)相比，自適應(yīng)天線調(diào)諧技術(shù)可以顯著降低調(diào)諧器輸入到天線輸入之間的整體插入損 耗，從而提升PA和RF濾波器的性能。

手機(jī)天線設(shè)計人員面臨的另一個挑戰(zhàn)是發(fā)射和接收的頻率不同。多頻段天線要求電路在頻段邊沿具有很好的性能，并能主動跟蹤天線的失諧，并在很短的時間對重新將天線調(diào)諧到合適的狀態(tài)。

有 幾項技術(shù)被建議用作天線調(diào)諧方案，包括采用MEMS開關(guān)電容和BST電容。不過，采用MEMS和BST技術(shù)的主要挑戰(zhàn)在于：它們都需要高偏置電壓（30V 或更高）才能實現(xiàn)調(diào)諧，通常需要一個獨立CMOS充電泵和控制芯片。一般無法將這些技術(shù)與RF、模擬和數(shù)字電路集成在同一裸片上，因此，實現(xiàn)自適應(yīng)天線調(diào) 諧器需要用到多個IC。典型情況下，基于MEMS和BST技術(shù)的自適應(yīng)天線調(diào)諧器都是采用多芯片模塊（MCM）技術(shù)實現(xiàn)的。

作 為MEMS和BST方法的一種替代方案，Peregrine Semiconductor采用其UltraCMOS工藝技術(shù)和HaRP設(shè)計創(chuàng)新，開發(fā)了一種已申請設(shè)計方法學(xué)專利的DuNE技術(shù)，來制造實用的數(shù)字調(diào)諧 電容器（DTC）（圖）。它們帶數(shù)字控制功能的可變電容器，可滿足蜂窩手機(jī)天線調(diào)諧對低偏置電壓、高線性和高調(diào)諧精度的要求。該DTC采用倒芯片封裝，尺 寸僅1.36×0.81mm。

采用DuNE技術(shù)能在單芯片中集成自適應(yīng)天線調(diào)諧器的關(guān)鍵構(gòu)建模塊。

與 體CMOS和絕緣硅（SOI）技術(shù)不同，UltraCMOS場效應(yīng)管（FET）因采用完全絕緣的藍(lán)寶石基底，所以可被堆疊起來處理很大的RF功率。它能 在+20dBm到超過+40dBm的功率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧，能滿足GSM和WCDMA手機(jī)對功率的要求，而不是降低Q值或調(diào)諧率。