探讨低成本GSM手机的解决之道

　　蜂窝手机市场日渐成熟，2005 年销售量超过7.5 亿部。整个手机市场可分为两类，一类是发达国家中购买升级换代手机的老用户，另一类是发达国家和发展中国家中购买第一部手机的新用户。升级换代的市场要求手机具有更多的新功能，包括增强的音频和视频功能，以便利用先进的空中接口，因为网络从GSM 演变到GPRS 、EDGE ，一直到3G。这个市场还需要多模功能的手机——在一个手机中包括多种蜂窝通信标准或者集成不同的无线通信技术。

 

　　据GSM 协会(GSMA )分析，手机成本是影响新用户市场购买力的最大障碍。为了应对新兴市场的巨大需求，GSMA 于2005 年2 月发布了新兴市场手机(EMH )计划。EMH 计划试图利用GSM 的全球化经济来推动新的超低成本手机市场细分，目标就是以30 美元甚至更低的成本提供具备基本功能的GSM 手机。

　　实际上，这个市场可能会成为蜂窝业界的焦点。Merril Lynch 财政分析公司已经详细说明了他们称之为八个新兴的国家的E-8 group 。这些国家包括孟加拉国、中国、埃及、印度、印度尼西亚、尼日利亚、巴基斯坦和越南，各国人口都超过7 千万，但是移动电话普及率不到30 ％。据Merrill Lynch 估计，这些国家从2005 年到2010 年将为全球蜂窝手机市场贡献7 亿多新用户。

　　服务于这个超低成本市场的手机要求有成熟的并且经过验证的技术。这些手机需要具有适合本地制造的现成解决方案，并且考虑到多种市场的本地化需求。

　　支持GSMA 的EMH 计划的愿望引起了蜂窝业界的强烈关注，解决超低成本市场问题对业界的半导体厂商影响最大。实际上，好几家半导体公司为了迎接提供30 美元手机这个挑战，都正在尝试修改其蜂窝手机体系结构以便优化成本和性能。

　　1、典型的蜂窝手机体系结构

　　在EMH 计划出台之前，低成本蜂窝电话的半导体器件通常由5 个关键元件组成，如图1 所示，包括射频(RF)收发器、功率放大器(PA)、模拟基带、数字基带和系统存储器。

　　射频(RF)收发器的功能是运用适当的信号处理对由天线检测到信号进行模数转换和数字处理。收发器通常采用直接变频或者低中频(IF)体系结构来实现。它还要对信号进行调理以便发送到天线上。PA 将发射信号放大到适当的幅度，以便将信号从手机发送到基站。

　　模拟基带部分完成接收信号的模数转换和发射信号的数模转换。另外手机中音频处理和电源管理通常也在这里实现。

　　数字基带部分包括一个数字信号处理器(DSP)、微控制器(MCU )、片上存储器和片上外围设备，包括液晶显示器、键盘和SIM 卡接口等等。

　　这部分还包括容量适中的闪存和静态随机存储器(SRAM )。图1 所示的带通滤波器(BPF)和收发(T/R )开关模块为RF 信号处理提供适当的带通滤波和收发开关。

　　为了降低图1 所示系统的成本，各半导体公司研究了各种不同成度的系统集成。至少有一家公司试图将RF 收发器、模拟基带和数字基带功能集成到单个硅片上。

　　与这种方法相关的技术风险是巨大的。其中有两大难题需要解决。第一是集成电路对射频性能的影响。RF 电路处理的是从天线上接收的微伏级(μV)信号。当电压相对较高的高频时钟信号和数字基带部分中其它信号都与RF 电路集成在同一个硅片中时，要充分隔离RF 信号会是很大的挑战。RF 信号的恶化会影响射频信号的灵敏度，此外，任何数字开关噪声耦合到射频发射部分都会导致发射噪声增加，它会干扰其它的手机用户，并且这是一项严格控制的指标。这些关键参数受到干扰的结果将直接影响到用户的音频质量，或者会妨碍手机获得认证机构的批准。无论哪种情况，芯片中存在上述问题的手机都不可能得到市场的认可。

　　第二个需要解决的难题就是要应对半导体芯片封装的散热需求。在单芯片内具有如此多的信号处理活动，产生的热量可能会超过芯片可靠工作的程度。正是因为这个原因，有些半导体公司已经从芯片中去掉了电源管理功能。因此，他们已经将单芯片解决方案增加为双芯片解决方案。

这种双芯片解决方案虽然解决了散热问题，但是，仍然存在着如何实现最佳RF功能的问题。

　　美国模拟器件公司已经推出了一种不同的体系结构，在解决了上述两个关键的技术难题的同时，也是一种高度集成解决方案。RF功能保持独立，采用的是获奖的AD6548 Othello-G RF收发器。该芯片是ADI公司创建的Othello.直接变频系列RF 收发器IC 中的最新一代产品。ADI公司的AD6720 将数字基带和包括电源管理功能的模拟基带处理器集成到单芯片中。

　　采用这种方法就消除了上述体系结构中存在的风险，同时也解决了对超低成本市场至关重要的成本问题。这种采用两颗芯片实现的手机体系结构方框图如图2所示。

　　点击此处下载全文(PDF)