满足802.11n的设计关键是集成度

2008-02-18 16:57:00来源: 电子工程专辑

  最新的WLAN规范802.11n带来的技术挑战相当严峻。802.11n WLAN中使用的设备利用多天线来提供多频带(2.4GHz和/或5GHz),故必须针对输出功率和尺寸进行优化。

  对于802.11n无线电电路的设计人员而言,需要考虑的事项包括集成度、功率、性能、滤波隔离和吞吐量。这决非简单的事,不过802.11n WLAN的市场前景十分看好,设计人员和制造商已迅速对802.11n规范草案采取行动。802.11n标准最近已迈向到草案3.0,IEEE预计在2008年10月推出最终标准定案。虽然,制造商应对这一挑战所采取的措施各不相同,但几乎都一致赞同更高的集成度将是802.11n成功的关键所在。

  当前芯片方案概况

  目前,已经有好几家供应商推出了802.11n产品。SiGe半导体公司最近公布了最新的802.11n模块SE2593A,为其802.11n模块系列新增一员。

  Ralink Technology公司已在付运其802.11n芯片组,并预计2007年底开始单芯片解决方案的出样。Broadcom公司的802.11n无线芯片已投入生产,而Atheros Communications公司已推出其第三代802.11n器件。

  集成度问题

  鉴于多输入多输出(MIMO)技术的复杂性,802.11n器件在满足OEM对外形尺寸和性能的期望值方面面临着真正的挑战。显然,解决外形尺寸问题的方法就是提高集成度。那么究竟需要多高的集成度呢?制造商倾向于把注意力放在功率放大器(PA)或无线/基带功能上。PA正在被集成到前端模块(FEM)中,FEM一般包含放大器、开关和无源器件。这些前端组件可与集成的MAC/基带/RF芯片组或单芯片无线电配合使用。如果PA与MAC/基带/RF功能性集成在一起,就可能存在一种折衷风险,即不得不牺牲占位面积来满足覆盖距离。

  SiGe半导体公司致力于开发802.11n FEM,其中之一集成了2.4GHz和5GHz的PA以及低噪声放大器(LNA)、功率检测器、发射和接收开关器、双工器以及相关匹配电路,该模块采用5×6×1mm封装

  利用外部PA或FEM来设计尤其适合于那些需要在长发射距离上支持高服务质量的应用。“路由器或计算机一般采用外部PA或FEM来提供额外的功率,以在更长距离上提供可靠链接性能。”SiGe半导体高级系统工程师Darcy Poulin表示,“例如,这对确保覆盖整个家庭部署网络非常有益。”


图1:SiGe半导体不久前推出了号称全球集成度最高的802.11n RF前端模块SE2593A。

  集成有MAC/基带/RF功能性的产品非常适用于那些以空间为首要指标的应用。Ralink已采取如下方案:在其一块芯片上集成MAC和基带,在第二块芯片上集成RF。例如,Ralink的2.4和5GHz收发器芯片RT2850在一个9×9mm QFN-76封装中集成了一个LNA、下行转换混频器、上行转换混频器、预驱动器、压控振荡器(VCO)、可变增益放大器(VGA)、自动电平控制(ALC)、合成器、同相/正交(I/Q)调制器、I/Q解调器、LDO和三线串行总线。Ralink目前的芯片都是与一个片外PA一起工作,但据称该公司正在开发一款集成式PA。

  Broadcom一直以来也只提供双芯片组,不过现在已进一步集成化,推出了BCM4322单芯片802.11n器件。Broadcom产品系列高级市场经理Kevin Mukai表示,新一代产品“集成了目前这一代设计中所需的许多外部元件,从而可节省40%的BOM。”BCM4322集成了两个接收器、两个发射器和一个CPU,是专门设计来与外部PA或前端一起工作的。

  Atheros也在提供了CMOS单芯片802.11n产品。例如,它最近推出的AR9280在10×10mm的QFN封装中集成了MAC、基带和2.4/5GHz双频带无线电。

  关键规范

  在为802.11n设计选择RF前端时,关键的评选项目归纳起来无非是尺寸、性能和成本。尺寸和成本很直观,也容易比较,但决定终端产品成败的关键性能基准是什么呢?SiGe的Poulin认为应该“提供所需的功率,同时满足误差向量幅度(EVM)要求——尤其是突发应用中的动态EVM——并且在低功率水平时能超越EVM规范。”他还指出,满足频谱屏蔽要求和易于系统集成也是重要考虑因素。

  Ralink公司市场经理Lillian Chiu认为最重要的考虑因素是:影响长距性能的噪声系数;影响短距性能的1dB压缩点的输出功率;影响峰值吞吐量的I/Q匹配。

  Broadcom公司的Mukai则表示:“输出功率、线性度和耗电量是802.11n前端的一些关键指标。输出功率是决定绝对距离的关键因素,而线性度则决定吞吐量和距离之间折衷时的性能。”


图2:Ralink Technology公司已开始付运802.11n RT2800芯片组。

  设计挑战

  802.11n规范发布之前,集成度方面已有一些相当出色的表现。供应商是如何克服这些设计挑战的呢?

  “最大的挑战始终是在小外形尺寸中实现满足多通道、双频带和严格的滤波要求所需的集成度。”SiGe的Poulin表示,“其他主要挑战还包括满足:MIMO系统中严格的通道间的隔离要求(通过精心的RF设计来实现),以及在MIMO环境中通过多通道发射时更加严苛的带外发射要求(利用线性度更高的功率放大器来实现)。”

  Ralink的Chiu也赞同MIMO技术带来了新的挑战。她指出,最大的挑战是“在恶劣的工作条件下达到MIMO OFDM可实现的峰值吞吐量。”

  Atheros公司行销副总裁Todd Antes表示:“最大的挑战一直是解决并超越主要客户的要求,通过把解决方案成本降低到普遍可接受的价位来推动802.11n在主流市场的普及。”

  很明显地,部分供应商对这一新标准的掌握已达到令人惊喜的专业深度。在设计人员选择所需器件来开发802.11n设计时,这种专门技术将是非常有用的。

关键字:WLAN  模块  芯片组  滤波  隔离  标准  基带  功率

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/rfandwireless/200802/article_17941.html
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