GSM前端中下一代CMOS开关设计
早期手机设计采用环行器在发身与接收间双工通信。然而,若想用上述设计来支持多个频带,就需要多个环行器。这类铁氧体基设计使手机既体积大又价格昂贵。并且在某些场合下,由于环行器带宽太窄,根本不能正常工作。其它可供选择的方案有高频开关和滤波器组。它们同样存在成本或体积的问题。
GSM手机是在时间双工基础上工作的,自然前端最好采用只有开关的实施方案。这是因为双工滤波器的插入损耗比开关高得多,而且在目前,它还承受不了GSM的功率电平。GSM手机占有60%的手机销售份额,因此本文集中介绍GSM系统对开关的要求,并讨论各种固体开关技术。同时,其它标准的集成也值得一提,主要是GSM手机中UMTS（通用移动通信系统“下一代”全球通用手机）应用,它们需要使用附加的开关路径。
GSM前端难题
GSM手机的功能已得到极大的扩展,为了覆盖整个地球可支持多达4个不同的工作频带（见表1）,形成4个发射路径和4个接收路径。考虑到相邻TX频带十分接近,用一个功放覆盖GSM850和GSM;另一个功放覆盖DCS和PCS。每个RX路径各用一个滤波器,通常是SAW滤波器,这样总计需6个路径。这类结构通常采用SP6T（单刀6掷）开关。相比之下,最简单的GSM手机仅工作在单个频带,只需SP2T开关。
由于开关功能处于手机的前端,它的插入损耗性能直接影响功放的有效PAE（功率放大效率）和系统NF（噪声值）。NF增加直接等于天线与LNA（低噪声放大器）间的插入损耗,而PAE降低则由下式给出：
PAE=PAE*10-IL/10
GSM功放工作在饱和方式,输出功率可达2W,PAE也很高,约为60%,由于手机的总消耗电流有一半来自功放,因此高效率对它的电池寿命是至关重要的。然而,高PAE又易受高插入损耗的不良前端体系结构的影响。例如,一个PAE为60%的放大器,基功放与天线间的插入损耗是1.5dB,那么它的有效APE仅为42.5%。开关电路中的任何附加电流消耗将进一步降低有效PAE。
众所周知,GSM手机的输出功率要求很高,达+33dBm±2dB,因而对前端的线性度也提出了极其苛刻的要求。线性度是利用谐波抑制来规定的,要求规定在12.75GHz的频率范围内,基波的所有谐波应抑制到低于-30dBm。
