wcdma手机关键技术指标

WCDMA手机关键射频指标分析 环球资源 第三届中国无线电技术研讨会及展览会 2000年8月3-4日 广州 2000年8月7-8日 上海 MAXIM 美国 美信集成产品公司 供稿 撰稿 王险峰 MAXIM中国区射频产品应用工程师 广州展会参展由MAXIM中国地区销售代理商英迈国际 中国 有限公司协助组织 广州展会研讨会主讲人 谭磊 MAXIM公司中国北区应用工程师经理 上海展会参展由MAXIM中国地区销售代理商庆成企业有限公司协助组织 上海展会研讨会主讲人 王险峰 MAXIM公司中国区射频产品应用工程师 提纲 • WCDMA手机关键射频指标分析 • WCDMA与GSM900双频双模手机射频单元 参考设计 WCDMA手机若干指标 • WCDMA手机发通道基本指标与要求 – 频段 1920MHz ~ 1980MHz – 最大发射功率根据等级1 2 3 4 分别为33dBm 27dBm 24dBm 21dBm – 最小可控输出功率应低于-50dBm – 根据手机功率等级和最小输出功率可以确定发射通道的AGC动态 对于3类和4类 手机 AGC动态可考虑为80dB – 邻道功率泄漏 33dB(邻道) 43dB(隔一信道) 针对3类和4类终端 – 杂散指标 – 输出频谱应符合频谱模板要求 – 误差矢量 EVM 应小于17.5% – 峰值码域误差分量要求比平均功率低15dB • 峰值系数 – 峰值系数是指信号的峰值功率与平均功率之比 通常用单位1减去累积分布来表示 即 CCDF 如下图为白噪声包络的峰值分布 横坐标表示超出平均功率多少dB 纵坐标表示大 于该峰值的概率 在此取了对数 – 下面两张幻灯片分别为WCDMA上行信号与下行信号的CCDF曲线 注上行信号在此包括6 个DPDCH和一个DPCCH 扩频码的选取使得峰值系数为平均水平 下行信号包括PERCH SCCPCH 16个DPDCH 扩频码的选取同样使得峰值系数为平均水平 0 2 4 6 8 1 0 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 • 上行信号包络的CCDF分布 • 下行信号包络的CCDF分布 • 如何估算邻道泄漏——ACLR – ACLR主要是一反映通道线性的一个指标 WCDMA3G TS 25.101 V3.2.2给出了其定义:Adjacent Channel Leakage power Ratio (ACLR) is the ratio of the transmitted power to the power measured in an adjacent channel. Both the transmitted power and the adjacent channel power are measured with a filter that has a Root-Raised Cosine (RRC) filter response with roll-off α =0.22 and a bandwidth equal to the chip rate – 给据试验结果 邻道ACLR与通道输出IP3out有如下近似关系 ACLR(dBc)=2 (Pin-IP3in)-7 此经验公式是在单码道工作时得到的 – WCDMA要求ACLR 邻道 <-33dBc 根据上面的方程可以算出 输入信号功率只要低于输入IP3 10dB即可 – 注 一般器件的非线性根据IP3与1dB压缩点的差可以分为超线性 和一般器件 对于差值大于9.6dB的称为超线性器件 在利用上面 的公式估算时 如果器件是超线性 在此需要考虑一些余量 I Q S M E Figure 1 S 1 640 i Mi . EVM 1 639 i Mi S 2 . • EVM指标的定义及意义 – WCDMA协议3G TS 25.101 V3.2.2给出了ACLR的定义 The Error Vector Magnitude is a measure of the difference between the measured waveform and the theoretical modulated waveform (the error vector). It is the square root of the ratio of the mean error vector power to the mean reference signal power expressed as a %. The measurement interval is one power control group (timeslot). – 根据上面定义可以知道EVM是一个统计结果 在一个timeslot内共有2560的测试点 在每个象限内为640个测试点 这些点因通道中各种因素的影响将形成一个分布 如下 图所示 – 右图仅细画了第一象限 图中S为统计均值 M为 一实际测试点对应的矢量 E则表示误差分量 则 • 影响输出信号EVM指标的几个主要因素 – 输入I Q信号幅度不平衡 – 正交调制器移相误差 即I Q相位不平衡 – 载波泄漏 – 通道滤波器幅频特性失真 – 通道滤波器相频特性失真 – 本振相位噪声的影响 – 非线性产物的影响 – 所有这些因素的影响可近似认为是独立的 因而在分析计算时可分别考虑 假如单纯 有输入I Q信号幅度不平衡造成的EVM值记为EVM1 正交调制器移相误差造成的 EVM值记为EVM2 依次类推 我们可以得到EVM1~EVM7 则总的EVM值为 EVMtotal 1 7 i EVMi 2 = WCDMA手机若干指标 • WCDMA手机接收通道基本指标与要求 – 频段 2110MHz ~ 2170MHz – 参考接收灵敏度 DPCH_Ec = -117dBm/3.84MHz – 最大输入信号电平 DPCH_Ec=-44dBm, 此时接收总功率为-25dBm. – 接收机通道AGC动态可考虑为80dB – 邻道选择性(ACS)优于33dB 针对3类和4类终端 – 阻塞指标 – 杂散响应指标 -44dBm 干扰功率 – 抗双音阻塞指标 干扰分别为-46dBm 点频 偏离信号10MHz -46dBm 已调干扰 偏离信 号20MHz – 杂散辐射辐射 -47dBm/100K-57dBm/100K-60dBm/3.84M杂散电平 1GHz~12.75GHz9KHz~1GHz接收频段内频段 WCDMA手机指标分析 • 估算接收机噪声系数 – 协议给出最小灵敏度电平为-117dBm/3.84MHz 在如此低电平时 系统的干扰可以认为来自两个方面 即输入热噪声和系统内部产 生的热噪声 噪声系数可有下面公式给出 – NF0.5 (Pa +2 *Pl-Pm+2.2) – 上式中 Pa是指邻道干扰功率 Pl为发射泄漏功率 Pm为交叉调制产物 2.2为修 正项 它与信号的统计特性有关 此处假定信号类似白噪声 WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计

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• 该部分主要内容 – 为何要提出此种组合的双模手机 – 设计中的关键芯片 • MAX2360 单片覆盖整个发射通道 • MAX2321 双通道LNA加混频 • MAX2310 双通道收中频处理芯片 • MAX4473 GSM功放功率爬坡控制 – 参考设计的详细功能框图 WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案 • 为何要提出此种组合的双模手机 – 在第二代数字蜂窝系统中 GSM系统占有绝对 优势 单就中国 GSM用户数超过6千万 将 来第三代移动通信的发展必将考虑到现有的巨 大投资 – WCDMA与GSM系统在核心网上完全兼容 – 基于以上两点 可以预见该种组合的手机将具 有很大市场潜力 WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案 • 关键芯片 MAX2360 – 包含的功能模块 I/Q正交调制器 中频VGA SSB上变频器 射频 VAG 中频/射频锁相环 中频 VCO – 特点 芯片有很多功能可通过编程 控制 如 SSB混频取哪个边带 中频与射频增益均衡 以提高线性 指标 中频有两个射频有三个 如 何选取 选用哪个中频VCO等 – 关键指标 • ACPR -54dBc@+7dBm输出时 • 100dB增益动态 • 2.7~5.5V供电电压 • 级联EVM值小于3% WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案 • 关键芯片 MAX2321 – 包含的功能模块 两个低噪声放大器 三个混频器 一个倍频器 用于本振信号倍频 – 关键指标 • 2.7V~3.6V供电电压 • 低噪声放大器分三种模式 混频器分两种模式 • LNA指标 – 15dB Gain, 1.6dB NF@ PCS, 1.4dB NF @Cellular, +7dBm IIP3_____HGHL Mode – 0dB Gain, 5dB NF @PCS 4dB NF @Cellular, +14 dBm IIP3 @PCS, +16dBm IIP3 @Cellular_____LGHL Mode • Mixer 指标 – 11dB Gain, 11dBNF, 4dBm IIP3, 1dBm P1dBout, @PCS band and HGHL/LG Mode – 11dB Gain, 11dBNF, 2dBm IIP3, 0dBm P1dBout, @PCS band and HGLL Mode WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案 • 关键器件 MAX2310 • 包括的功能模块 VGA 正交解 调器 锁相环 2个VCO • 特点 该器件的很多功能可通过 编程进行控制 如选择哪个VCO 工作 选择哪一个通道 FM采用 何种方式解调 本振是采用内部 锁相环还是外部注入等 • 关键指标 – VGA 增益动态超过110dB – 中频频率范围 40 ~ 300MHz – IP1dB –6.4dBm @-35dB Gain CDMA Mode – IP1dB –38.3dBm @+35dB Gain CDMA Mode •GSM+WCDMA 手机射频详细功能框图 FM - FM+ CDMA+ CDMA- VGA QOUT+ QOUT- IOUT+ IOUT- /20 90 CHARGE PUMP PHASE DETECTOR /R /M MAX2310 20 19 18 17 16 15 14 13 1 2 3 4 5 6 7 8 12 11 9 LNAINH RLNA LNAOUTL LNAOUTH GAIN LIN BAND LNAINL LOHIN LOLIN MIXINH MIXINL RBIAS CDMA+ CDMA- BUFFEN VCC FMOUT LOLOUT LOHOUT x2 MAX2321 0 90 IF PPL RF PPL TANK H TANK L VCCVGC VCC VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 242322212019181716151413 373839404142434445464748 45 -45 / 2 / 2 0 90 0 90 IF PPL RF PPL TANK H TANK L VGC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 242322212019181716151413 373839404142434445464748 45 -45 /2 /2 0 90 CLK DI Σ Σ CS RBIAS MAX2360 BIAS MAX2470 GND PC 0.1u R 3R A3 SHDN A2 Q1 A1 SR1 SR2 SR3 RG3 OUT VCC RSENSE RG1RG2 MAX4473 TANK 600MHz TANK 400MHz WCDMA TX VCO 1620~1680MHz WCDMA RxIF SAW 150MHZ GSM RxIF SAW 200MHZ WCDMA BPF GSM BPF WCDMA BPF GSM BPF G SM D U PL EX ER W C M A D U PL EX ER 13MHz TCXO RF PLL+VCO 1080~1160MHz MA X2 29 4 W C D M A P A 29 d Bm G S M P A ICCPA= Vpc.RG1 4 Rsense. RG3 GSM TxIF SAW 200MHz WCDMA Tx IF SAW 300MHz VGC Fc CLK DI RFEN CLK DI IFEN Ramp Control CLK DI RxEN Iin- Iin+ Qin- Qin+Gain Control WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案 • 参考设计的频率关系 – WCDMA的接收中频为150MHz – WCDMA的发射中频为300MHz – GSM收发中频均采用200MHz – WCDMA发射频本振为1620~1680MHz – WCDMA接收射频本振为2260~2320MHz – GSM发射频本振为1080~1115MHz – GSM收射频本振为1125~1160MHz • 具体实现 – GSM收发中频本振共用 采用MAX2360自带锁相环 – WCDMA收发中频本振共用 采用MAX2360自带锁相环 MAX2360中频本振输出端分频后提 供给接收通道 – GSM射频本振共用 采用独立锁相环及高性能VCO – WCDMA发射频本振 采用MAX2360提供的RF锁相环 外接VCO – WCDMA接收射频本振与GSM射频本振共用 MAX2321芯片内有一个2倍频器 将输入的本振 信号倍频到所需频段 • 主要优缺点 – 本振多处共用 从而节约成本 – 频率关系简单 从而降低了内部组合干扰 – GSM收发采用相同中频 从而减少SAM的种类 从而节约成本 – WCDMA收中频较低 对半中频杂散响应不利 此处可以满足要求