个人移动信息终端RF芯片产品及其发展趋势

2009年04月22日 18:04    比尔盖
关键词: 发展 , 趋势 , 芯片 , 终端
  随着无线通信网络技术的不断突破,人们正在迈进真正的移动信息时代。2009年1月7日,工信部三张“3G”牌照的同时下发,使我国的移动通信产业正式进入了3G时代。尽管经历了2008年的种种危机,2009年的经济走势也依然不确定,但是正如狄更斯在《双城记》中的名言所说“这是个最好的时代,也是个最坏的时代”,危机之中往往孕育着发展的机遇。在3G以及未来的无线通信网络中,语音数据、计算机、广播电视和传感器网络等各种通信应用的网络融合将成为其发展的大趋势。

  网络融合体现出来的结果就是业务上的融合,业务的融合最终由移动终端实现。作为3G网络的应用载体,直接面向用户的移动终端(手机)牢牢把握着便携性和移动性的特征,不断融合了数码相机、MP3等消费类电子产品以及计算机的功能,朝着个人移动信息终端迈进,功能将会越来越完善,将逐步从简单的通话工具转变为强大的个人综合信息平台。而作为移动终端中的核心部件,射频RF芯片也将迎来新的发展机会。3G市场启动以后,消费者对换新机、新应用、新服务的需求会有超过平常的增长,同时也会促使终端厂商对RF芯片提出新的需求。作者认为以下几个方面的应用将会是新一代个人移动信息终端的几个热点,本文将探讨其未来发展趋势,并对相关射频芯片产品进行介绍,希望能够起到抛砖引玉的作用。

  个人移动终端的WiFi接入

  随着移动通信和互联网的迅猛发展,以及信道宽带化,通信网络和业务正在发生着根本性的变化,移动通信网正在迅速成为一个宽带互联网业务平台。将无线通信与国际互联网结合的新一代移动通信终端能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。加入了移动性的互联网将会为移动用户带来全新的应用,这些新应用的出现使得移动用户对移动互联网的速度和稳定性会提出越来越高的要求。由于移动通信网络的带宽限制,使得手机上网无法完全用户对速度和内容的要求。而WiFi接入是移动通信网络提供高品质移动互联网服务的强有力的补充。随着3G网络能力的提升,移动通信和互联网逐渐融合,用户对移动宽带网络的需求也会越来越大,以满足移动电子交易移动等业务功能。具有WiFi宽带接入功能的移动终端可以结合3G网络和WIFI接入的各自优势,使用户真正体验到随时随地的移动互联网服务。这一发展趋势将使WLAN的宽带接入功能在个人移动信息终端中起到至关重要的作用。个人移动终端移动和便携的特点,对WIFI接入的RF芯片在功耗和体积方面提出了更为苛刻的要求。那些体积更小,耗电量更低的WIFI芯片必将在个人移动终端无线宽带接入的日益普及中受益。据市场调研公司IDC的研究报告,2012年以前全球WLAN半导体市场的复合年增长率将达22.8%,到2012年将突破40亿美元大关。手机应用的复合年增长率将达49.3%,到2012年将成为WLAN的第二大市场[1]。

  目前的WLAN芯片市场上,投资大,生产能力较强的无线局域网芯片厂商,主要是欧美企业,其中包括博通(Broadcom)、创锐讯(Atheros)、英特尔(Intel)、科胜讯(Conexant)、德州仪器(TI)等。我国台湾地区也有一些WLAN芯片供应商,包括雷凌科技、益勤科技及瑞昱半导体和洛达科技等,这几家厂商各自拥有特定客户支持以及产品特色。国内的灵芯集成(SmartChip Integration),凭借中科院的技术背景和多年的射频芯片设计积累,也自主研发成功了可以工作在2.4GHz/5.8GHz 双频段的多模WLAN射频芯片,支持IEEE802.11a/b/g标准,是国内唯一研发成功此类芯片的IC设计公司。

  数字多媒体广播接收

  数字多媒体移动广播(俗称手机电视)是个人移动终端的新热点。从T-MMB、DMB-TH、CMMB等各标准的“群雄争霸,硝烟四起”,到今天的CMMB一支独秀。我国的移动多媒体广播在很短的时间内,取得了波澜壮阔的发展。而随着我国无线多媒体广播的发展,具备移动数字电视接收功能的个人终端也正在成为市场的热点。目前市场上已经出现了各种支持CMMB移动电视接收的终端产品,例如CMMB手机、USB dongle、SD接收卡、GPS 终端等。近来,CMMB产业不断重磅出击,广电总局正式宣布了移动多媒体广播CMMB第二阶段试商用正式启动,在一期已经完成的37座城市的基础上,二期将完成全国100-120个地级城市的单点覆盖网络,推迟发射的CMMB卫星也有望于2009年中期发射,将可覆盖全国绝大多数地区。2008年11月 28日,CMMB正式启动了第二轮终端招标工作,规模达百万部,又一次显示了CMMB终端这块大蛋糕的吸引力[2]。

  手机电视的接收模块由两部分构成:负责接收信号的前端射频芯片(RF)和负责信道解调的数字解调芯片。目前符合CMMB标准的数字解调芯片已有创意视讯(Innofidei)、泰合志恒(Telepath)、展讯等多家国内设计公司推出的多款自主产品,而负责接收信号的前端射频芯片目前还主要是国外一些大型IC设计企业如美国ADI、MAXIM,以及以色列的思亚诺公司。国内有灵芯集成研发成功了支持S/U双波段CMMB射频接收的 RF芯片S203ITM,集成了全部无线射频接收电路模块,仅仅需要极少的无源元件就可形成完整的数字移动电视调谐射频接收方案,在70mA典型功耗电流下,可以到达-100dB的灵敏度,具有低功耗、低成本、高灵敏度,宽动态范围等显著特点。该芯片目前正在进行方案整合工作,将于2009年上半年正式推向市场。

表1 常见的几种CMMB前端射频芯片及其性能



  *以上数据均来自厂商发布的Datasheet,详细指标以厂商的最新发布为准[3][4][5][6][7]。



图1 灵芯集成双波段CMMB射频芯片S203ITM



  GPS个人导航与定位

  以GPS为代表的卫星导航应用产业是当今国际公认的八大无线产业之一。随着技术的进步、应用需求的增加,GPS以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能,已涉足众多的应用领域,使GPS成为继蜂窝移动通信和互联网之后的全球第三个 IT经济新增长点。ABI Research公司调查报告指出,单就搭载GPS功能的手机供货量到2012年将超过5亿5千万部,可望缔造1,000亿美元商机[8]。经过近20 年的发展,我国的卫星导航用户设备市场化的条件日趋成熟,批量化用户群体正在逐步形成,已进入应用行业高速发展的时期。目前,我国拥有世界上最大潜力的卫星导航应用市场,其重点发展趋势之一就是面向个人消费者的GPS终端产品尤其是手机的定位应用。高灵敏度、低功耗小、抗干扰能力强的GPS RF芯片,搭配高灵敏度的GPS接收处理芯片或者软件接收机,可实现在室内、森林和城市峡谷中的导航定位功能,形成一个完整的快速导航定位方案,能够为移动电话、PDA和个人导航装置(PND)提供最佳的定位服务。由此,GPS个人导航与定位是未来个人移动信息终端的又一大发展趋势。GPS功能将是新一代手机提供的最重要的增值服务之一,大多数智能手机都将装上A-GPS (辅助全球定位系统)芯片。因此智能手机GPS行业的潜在市场十分庞大、诱人。

  目前市场上主流的GPS RF 芯片主要是来自SiRF、Ublox、NXP、Broadcom等国外厂家的射频芯片产品。此外,灵芯集成也推出了自主研发的GPS接收机低中频前端射频芯片S401ITI。它集成了高性能GPS接收机所需的全部射频和模拟电路,包括片上低噪声放大器,完成下变频功能的混频器,完整的整数分频频率合成器,以及基带模拟电路,支持符号位和幅度位的1/2两比特数据输出。下表列出了目前市场上比较常见的几种GPS前端射频芯片及其模块性能比较:

表2 常见的几种GPS前端射频芯片及其性能



  *以上数据均来自厂商发布的Datasheet,详细指标以厂商的最新发布为准 [9][10] [11] [12]。



图 2 灵芯集成S401ITI GPS RF芯片



  个人移动信息终端RF芯片产品发展趋势

  个人移动信息终端的任何一种通过无线网络的应用,都必须通过无线收发的射频前端RF芯片来接收和发射电磁波信号。随着移动终端所具有的功能越来越多,所需要的各种射频芯片也越来越多。目前个人移动信息终端所用的射频芯片还都是专为某种特定应用而设计的,往往需要内置多种射频前端芯片来满足不同的应用。随着移动终端所具有的功能越来越多,所需要的各种射频芯片也越来越多。这就大大增加了移动终端的成本、体积和功耗,从而对现有方案形成制约。由于受到终端价格竞争日益激烈的影响,终端生产企业对于产品的成本控制愈发重视,并逐渐转移到关键元器件生产厂家身上。这就要求芯片厂商不断优化产品结构和工艺,以达到降低成本的目的,化解降价带给终端企业的压力。因此,移动终端的小型化和低成本化这两个主要的推动力将不断提高射频芯片的集成度,使得集成多种功能的多频多模射频前端RF芯片,将成为今后移动终端射频芯片的主要发展趋势。



图3 灵芯集成IEEE 802.11a/b/g+移动电视接收多模多频RF芯片



  灵芯集成作为国内宽带无线通信射频芯片研发和设计的先行者,在成功研制了可应用于个人移动信息终端的IEEE802.11abg WLAN芯片、CMMB移动电视接收、GPS 前端射频等RF芯片的基础上,不断探索和研究无线通信射频芯片的发展趋势。率先研制成功了国内首款面向个人移动信息终端的“IEEE 802.11a/b/g + 数字移动电视接收多模多频射频芯片”。该芯片既符合IEEE 802.11a/b/g标准,可应用于宽带无线接入和各种终端产品间的无线互联互通,还可以接收多频移动数字电视(U/S双波段),能有效降低个人移动信息终端的成本和体积。在此芯片结构中,经过巧妙构思和精准设计,使两种不同功能通过同一个信号链路来实现,包括后面的滤波器也是共用的,仅仅是信号接收段是分离的,因此在芯片实现时,芯片的面积并不是两个不同模块的简单叠加,而是在单一芯片上仅增加了不足十分之一的面积,使得芯片具有极高的性价比,具有很高的实用价值。该产品具有低功耗、低噪声、高灵敏度、高线性度等多项显著特点。工作频段可以覆盖2.4GHz频段及5.8GHz频段,采用 2.7V~3.6V供电电压,具有SPI和I2C控制接口,灵敏度为-83dB,功耗电流小于 87mA,增益控制范围90dB,具有很强的市场竞争优势。

  参考文献:

  [1] 国际电子商情,通信与网络,行情走势,“2012年WLAN芯片市场将超过40亿美元”http://www.esmchina.com/ART_8800 ... 0_0_0_6478d77f.HTM.

  [2] “展开2009年CMMB的美好蓝图”,王梓,《数字移动时代》2008年第12期,pp20-21.

  [3] RF tuner IC For DVB-H,DVB-T and DMB-TH,ADMTV102 Datasheet. Analog Devices, Inc. http://www.analog.com/static/imp ... heets/ADMTV102.pdf.

  [4] “ADMTV340: Zero-IF Mobile TV Tuner IC for CMMB”, http://www.analog.com/en/ audiovideo -products/mobile-tv-tuners/ADMTV340/products/product.html

  [5] MAX2165,Single-Conversion DVB-H Tuner. http://www.maxim-ic.com.cn/quick_view2.cfm /qv_pk/5306/t/al.

  [6] FC2550,Direct-Conversion Tuner IC for UHF-Band. http://chs.siliconmotion.com/A3.2_ Partnumber_Detail.php?sn=15

  [7] ”S/U双波段中国移动多媒体广播射频芯片-CMMB”, http://www.sci-inc.com.cn/ CMMB射频芯片.

  [8] “More Than 550 Million GPS-Enabled Handsets Will Ship by 2012”, http://www. abiresearch.com/abiprdisplay.jsp?pressid=1125.

  [9] “蓝牙GPS,内置SiRF GSC2高性能低能耗芯片组”,http://glsat.manufacturer.globalsources.com.cn /si/ 6008802441322/pdtl/Portable-GPS/5001762813.htm

  [10] TIM4 - ANTARIS 4 GPS Modules Data Sheet.

  [11] http://www.nxp.com/products/connectivity/gps/

  [12]“双波段(L1/L2)GPS?前端射频芯片”,http://www.sci-inc.com.cn/GPS?前端射频芯片.
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