發布日期：2022-05-25 點擊率：59
智能手機代表了射頻個人通信最前沿、也最具挑戰性的射頻產品設計之一。這些第三代（3G）蜂窩多模多頻設備基于EDGE/GSM（2.5G）標準時可能工作在3個或4個頻段，基于3G WCDMA/HSPA標準時的工作頻段也可能多達3至4個。隨著智能手機版本的演進和WCDMA與3GPP長期演進（LTE）標準的采納，工作頻段可能增加到10個或11個。在小型設備中支持如此多頻段和工作模式的關鍵元件之一是射頻（RF）開關，這種開關在智能手機的整個前端電路中有多種使用方式。
不管是通過蜂窩還是移動連接網絡和外部設備，為了確保高數據速率的無線通信，典型的智能手機（圖1）都集成有許多天線組件和多個無線數據流。放大、過濾和切換所要求的射頻信號需要用到多種射頻元件（圖中用藍色突出顯示了射頻開關部分）。
圖1:該模塊圖顯示了典型的智能手機架構，除了多頻段蜂窩電話外，還包含嵌入式藍牙、GPS和調頻收音機功能。
現代智能手機是一種復雜的設備，在手持式封裝中充分融合了計算和通信技術。這些設備必須通過直觀的操作界面提供各種與消費者和業務有關的功能。電磁（EM）場產生計算機電路與必定會接收到其它EM信號的無線電路非常靠近，這只是智能手持設備面臨的設計挑戰之一。智能手機的復雜性還延伸到了這些多射頻發射器的RF模擬/混合信號領域。
觀察這種新型手機內部的無線模塊，可以發現多種無線電信號在很小物理體積內工作和共存所固有的復雜性。這種復雜的信號路由和射頻開關要求對智能手機設計提出了極大的挑戰。智能手機中的射頻開關配置種類十分廣泛，從相對簡單的單刀雙擲（SPDT）配置直到更為復雜的單刀十擲（SP10T）配置，有時擲的數量甚至更高。開發所有這些開關的源動力是豐富的無線電通信技術以及智能手機中的多種頻率和多副天線。
在蜂窩通信系統中用到了多種射頻開關元件（圖2）。這些開關元件包括主天線發送/接收（T/R）開關，用于將主設備天線用于時分雙工（TDD）收發器中的蜂窩發送和接收功能，例如用于提供全頻段GSM服務的收發器。另外，頻段模式開關主要用于將寬帶CDMA信號從功放的輸出引導至頻率選擇頻段雙工器。分集開關用于連接第二副或分集蜂窩天線。分集天線在數據卡應用中非常普遍，在智能手機應用中也越來越流行，特別是針對以數據為中心的系統（如LTE）。
圖2:蜂窩手機中要求使用大量射頻開關，分別用于天線切換、頻段切換和分集切換。
主天線開關的主要功能是將空中射頻無線電通信信號連接到通信調制解調器中的主要發送與接收功能模塊。目前這種天線開關的實現有多種多樣，從單刀七擲（SP7T）直到單刀十擲（SP10T）都有，具體取決于智能手機支持的射頻頻段數量。
主天線開關的任務是保持信號線性度，并提供發送與接收鏈之間的隔離，同時盡可能實現最小的插損。從以前僅傳送語音的通信向無線數據通信的過渡促進了向更高階調制方案的發展，比如正交頻分復用（OFDM）調制以及緊密相關的正交頻分多址（OFDMA）調制。這些復雜的調制方案產生的波形幅度變化范圍非常大，因此信號具有很高的峰均比（PAPR），進而對處理它們的元件提出了更大動態范圍的要求，同時要求射頻開關具有杰出的線性度，以便最大限度地降低射頻信號路徑中的失真。
為了在信號功率電平越來越高時仍能保持好的線性度，大多數天線開關采用越來越復雜的設計拓撲來滿足這些更加嚴格的線性要求。例如，在天線開關模塊中經常集成有電荷泵，用于提升電池電壓以控制構成開關的場效應晶體管（FET）。這種方案通常是一種合理的折衷，因為它減少了對更大FET的需求，改善了開關插損和隔離性能，增強了開關壓縮點的魯棒性。開關壓縮點定義為增益被壓縮0.1dB或1dB的輸出功率點（P0.1dB或P1dB）。
根據系統分割方法，開關可能包含GSM發送諧波頻率濾波功能。這種配置通常被稱為天線開關模塊（ASM）。一些改進的開關可能還包含聲表面波（SAW）濾波器，組成微型模塊封裝中完整的開關/接收濾波器。不管是ASM或沒有GSM濾波器的開關，還是完整的發送/接收開關和SAW模塊，主通道開關總是包含緊湊模塊中的主開關和控制邏輯功能。
用于智能手機應用的高擲數開關通常采用GaAs偽晶高電子遷移率晶體管（pHEMT）工藝制造，不過這些產品也可能使用標準硅CMOS和絕緣硅（SOI）技術開發。每種方法都有優缺點，而選擇通常取決于最終用戶的要求。
Skyworks Solutions公司最近開發出多款高擲數的開關，其中包括用于多頻段操作的單刀十擲開關。舉例來說，型號為SKY13362-389-LF的單刀十擲（SP10T）開關支持多達5個3G蜂窩通信頻段。這種開關由4個CMOS/TTL兼容的控制電壓所控制，集成了CMOS解碼器和GSM發送濾波器，可在單個+2.5V至+3.0VDC電源下工作，工作頻率范圍從0.4GHz至2.2GHz.從天線端口到收發器端口的典型插損值為0.5dB,天線端口到任一GSM發送端口的插損是1.1dB,天線到接收端口的插損也是1.1dB.隔離度至少17dB,最高32dB（取決于測量的是哪兩個端口）。這種開關具有5μs的切換速度，在UMTS模式下測試時的輸入3階截取點為+61dBm或更高，開關采用3.0x3.8mm扁平無引線（QFN）封裝供貨。
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