E-GOLDradio CMOS 单芯片解决方案成就低成本 GSM 系统

文章摘要： 对于发射路径来说，由于可以帮助缓解从PA至VCO的关键串扰，经过调制的锁相环电路方法可以帮助降低系统的复杂程度，这是因为两者都在略微不同的相位上运行。必须特别注意环路设计，因为系统要求非常好的噪声抑制（sigma Delta 噪声），尤其是在400 kHz的偏移频率时（见图6）。因此，必须进行一些调整来控制环路传递函数。 在GSM系统中需要实现的主要性能参数是接收器频带中的噪声要求，在其低频带频率偏移为20MHz 时，需要达

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对于发射路径来说，由于可以帮助缓解从PA至VCO的关键串扰，经过调制的锁相环电路方法可以帮助降低系统的复杂程度，这是因为两者都在略微不同的相位上运行。必须特别注意环路设计，因为系统要求非常好的噪声抑制（sigma Delta 噪声），尤其是在400 kHz的偏移频率时（见图6）。因此，必须进行一些调整来控制环路传递函数。

在GSM系统中需要实现的主要性能参数是接收器频带中的噪声要求，在其低频带频率偏移为20MHz 时，需要达到 162dBc/Hz。此外，要达到接收器的敏感度和非线性要求，还需要有非常好的噪声性能。很明显，这些参数在很大程度上依赖于所采用的前端滤波器 。

在发射机结构中选用了Sigma Delta 调制方法，因为它是克服典型的CMOS扩频问题的最好方法。在载波频率处理过程中还添加了预失真调制。由于这一种锁相环电路要求大量的调整和数字过程，CMOS工艺可以在很小的芯片上采用这种逻辑电路带来很多益处。 ∑- -锁相环电路的结构见图7(a)。VCO的运行频率是高频带的两倍，是低频带的4倍。 VCO的示意图见图7 (b)。VCO 的VCO增益为 60 MHz，误差 10%，频率范围为1300MHz。

在频率偏移为20MHz时，锁相环电路的噪声性能要优于 164.5dBc/Hz，留下了足够的余量以满足GSM规范。在高频带和低频带时的输出功率总是大于2dBm(必须考虑到电路板损耗)，见图8。

接收器的关键参数是接收解调器的闪烁噪声性能。由于闪烁噪声会直接导致整体噪声性能的降低，因此需要有非常好的解调器和完整的LO 链设计。必须实现LO转换信号的最佳转换速度和较低的整体功耗。E-GOLDradio芯片在所有频带实现了远远超过3 dB的噪声性能。借助集成电路前面的2:1变压器和平衡-不平衡变压器可以很容易地进行匹配。对于在这种方法中使用的直接转换接收器来说，要实现能够经受调幅可调的干扰信号的坚固系统，如GSM技术规范中所规定的干扰信号，除了要求闪烁噪声具有非常低的转角频率外，还需要有非常好的输入IP2 性能。在这一点上，整个系统可以表现出足够好的性能以满足系统要求，并足够结实，可以经受实际应用的考验。

交叉耦合

对于单芯片系统方法来说，仅仅关注构件是远远不够的。这一点非常明显，因为已经有了很多解决方案，这些解决方案在使用CMOS制造可以完成GSM标准要求的收发器方面表现出了极大的灵活性。主要挑战是构建整个系统，并同时考虑到因为集成而造成的所有影响。这种整体系统方法意味着有必要考虑到所有潜在的交叉耦合机制和被集成的构件之间的其他相互影响。这些影响必须在集成电路、封装和电路板设计中加以考虑。 应付耦合效应的方法之一是进行整体频率规划。一般而言，对于接收过程中的向下混频或发送过程中的频率调幅来说，会使用直接来自锁相环电路的中心频率或利用变频器对锁相环电路的输出频率进行进一步处理，通过频率划分、增大或混合来获得其他频率。通常情况下，由于电路设计中的不足和耦合效应，会出现若干更高的谐波频率和复合失真，来代替唯一被需要的载波频率。这些额外的频率会出现在输出频谱中，作为寄生频率。 除了在其他输出频谱中出现这些寄生频率外，这些频率还会影响构件的性能。有几种措施，如利用巧妙的变频器概念和应用特别的设计，可以被用来减少这些不必要的谱分量。从系统结构的角度而言，可以通过仔细的频率规划，如前文所述的更高的谐波频率布局或复合失真，来减少交叉耦合。此外，还必须选择模拟和数字信号处理模块之间的最佳分区。减少模拟滤波器的数量（这需要有标准低电容强度的线性电容器）和增加数字部分的比重是最大限度挖掘技术潜力的最好方法。通过将数字核心中使用的技术用于射频部分，可以充分利用数字信号处理的力量来实现比完全模拟结构所能实现的更加先进的接收器和发射器结构。

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