用射频开关优化智能手机信号

用射频开关优化智能手机信号

        智能手机代表了射频个人通信最前沿、也最具挑战性的射频产品设计之一。这些第三代(3G)蜂窝多模多频设备基于EDGE/GSM(2.5G)标准时可能工作在3个或4个频段，基于3G WCDMA/HSPA标准时的工作频段也可能多达3至4个。随着智能手机版本的演进和WCDMA与3GPP长期演进(LTE)标准的采纳，工作频段可能增加到10个或11个。在小型设备中支持如此多频段和工作模式的关键元件之一是射频(RF)开关，这种开关在智能手机的整个前端电路中有多种使用方式。

        不管是通过蜂窝还是移动连接网络和外部设备，为了确保高数据速率的无线通信，典型的智能手机(图1)都集成有许多天线组件和多个无线数据流。放大、过滤和切换所要求的射频信号需要用到多种射频元件(图中用蓝色突出显示了射频开关部分)。

图1：该模块图显示了典型的智能手机架构，除了多频段蜂窝电话外，还包含嵌入式蓝牙、GPS和调频收音机功能。

       现代智能手机是一种复杂的设备，在手持式封装中充分融合了计算和通信技术。这些设备必须通过直观的操作界面提供各种与消费者和业务有关的功能。电磁(EM)场产生计算机电路与必定会接收到其它EM信号的无线电路非常靠近，这只是智能手持设备面临的设计挑战之一。智能手机的复杂性还延伸到了这些多射频发射器的RF模拟/混合信号领域。

      观察这种新型手机内部的无线模块，可以发现多种无线电信号在很小物理体积内工作和共存所固有的复杂性。这种复杂的信号路由和射频开关要求对智能手机设计提出了极大的挑战。智能手机中的射频开关配置种类十分广泛，从相对简单的单刀双掷(SPDT)配置直到更为复杂的单刀十掷(SP10T)配置，有时掷的数量甚至更高。开发所有这些开关的源动力是丰富的无线电通信技术以及智能手机中的多种频率和多副天线。

       在蜂窝通信系统中用到了多种射频开关元件(图2)。这些开关元件包括主天线发送/接收(T/R)开关，用于将主设备天线用于时分双工(TDD)收发器中的蜂窝发送和接收功能，例如用于提供全频段GSM服务的收发器。另外，频段模式开关主要用于将宽带CDMA信号从功放的输出引导至频率选择频段双工器。分集开关用于连接第二副或分集蜂窝天线。分集天线在数据卡应用中非常普遍，在智能手机应用中也越来越流行，特别是针对以数据为中心的系统(如LTE)。

图2：蜂窝手机中要求使用大量射频开关，分别用于天线切换、频段切换和分集切换。