組合芯片應對無線融合的技術挑戰

考慮到移動設備對藍牙、Wi-Fi及其他連接技術日益增加的需求，制造商們正在尋求在越來越小的產品中增加這些功能的方法。不過，給手機和其他緊湊型設備添加多種無線技術會導致以下幾種設計挑戰：更高的成本、更短的電池壽命、占用更大的空間以及更多的無線干擾。

正如各種無線技術正在融合以滿足新的消費需求并創造新的使用模式一樣，芯片公司也正在芯片級整合這些無線技術，以應對無線融合帶來的技術挑戰。芯片制造商現在不是提供幾種分立組件，而是將多種無線技術(如Wi-Fi、藍牙、FM radio和GPS)整合到單一芯片上。這種“組合芯片”具有極大的優勢，可克服設計具有最新連接功能的小型移動設備的挑戰。由于這些優勢，IDC預計，到2012年，在所有為手機交付的無線連接解決方案中，組合芯片將占近2/3，這顯示了這種整合方式的優勢所在。

評估分立無線解決方案和組合芯片的制造商必須考慮以下設計準則：

性能

為了在殘酷的手機市場上競爭，廠商一直在努力提供最新功能和更好的用戶體驗。功能和用戶體驗都是吸引新客戶和保持品牌忠誠度的關鍵。如果一種無線功能不能像預期那樣奏效，消費者就會變得沮喪，而且可能會完全停止使用該項功能，或者甚至更糟――轉而使用另一個品牌的手機。

在給手機增加多種無線技術時，制造商不會勉強接受低于預期的性能。新設備必須表現得與前幾代一樣好或更好。因為藍牙和Wi-Fi技術在不斷發展，所以將最先進的功能整合到組合芯片中是一項艱難的任務。因此，手機制造商必須尋找具有以下特點的芯片廠商：不僅擁有全面的無線產品線，而且在為移動設計整合不同技術方面擁有出色的成功業績。

共存與干擾：

對于確保采用Wi-Fi和藍牙的設備能夠提供盡可能最佳的用戶體驗，多種無線技術共存也是至關重要的。因為這兩種技術都使用2.4GHz頻帶，所以同時進行傳送可能嚴重降低性能，并使兩種無線技術都失效。盡管藍牙使用自適應跳頻(AFH)方法來減輕在2.4GHz頻帶的干擾，但當藍牙和Wi-Fi無線單元間射頻隔離度很低時，與在手持式設備中的情況一樣，自適應跳頻是不夠的。

如同你能想象到的那樣，在同一個芯片上實現這兩種無線技術時，共存問題更為嚴重。為了減輕因距離過近而產生的干擾，大多數芯片制造商都在藍牙和Wi-Fi芯片之間采用標準3線共存接口。不過，像Broadcom這樣的領先廠商已經開發出了獨特的算法和硬件機制，這些算法和機制可以智能化地管理2.4GHz頻帶。這種先進的方法用來使傳送同步、避免沖突且為藍牙和Wi-Fi找到最干凈的頻道和時隙。從而使現今的組合芯片性能比分立解決方案高。

組件尺寸和成本

隨著移動設計越來越小、越來越便宜，每個組件的尺寸和成本成了關鍵因素。無線組合芯片不僅比多種獨立芯片小，而且它們組成系統所需要的外部組件更少。例如，分立的Wi-Fi和藍牙系統一般需要約200個組件，包括功率放大器(PA)、平衡轉換器(Balun)、低噪聲放大器(LNA)，等等。通過在藍牙和Wi-Fi系統之間共享多個重復組件，并將其他組件整合到芯片上，組合解決方案可以將組件數量削減到40個。

當你把這些組件繪制到一個電路板布局圖上時，分立解決方案的占板面積大約為200mm2，而組合芯片僅為75mm2。除了節省電路板空間，更少的組件顯然降低了制造商的物料成本。已有半導體供應商將大功率CMOS功率放大器集成到了組合芯片上，這樣不僅去掉了外部功率放大器的成本，同時又不會犧牲系統的性能。像這樣的創新將繼續使手機制造商能夠更經濟地將組合芯片應用到多種類型的手機中。

天線放置

隨著多種無線技術而來的是多種天線。除了一個或更多的蜂窩天線，今天更先進的手機還必須含有分別用于藍牙、Wi-Fi、FM和GPS的天線。這不僅增加了系統成本，還給電路板布局造成了相當大的挑戰。有些組合芯片通過共享藍牙和Wi-Fi無線技術的天線系統，可以幫助減輕這些挑戰。

電源管理：

電路板上的組件越多，消耗的功率就越多，產生的熱量也越多，所有這些因素都將影響電池壽命。我們已經提到，組合芯片需要的組件更少，這降低了總體功耗。但是，更重要的是，芯片制造商設計組合芯片時采用的工藝技術。領先廠商正在使用65nm工藝節點，這可實現更高的效率、更緊密的芯片集成和更低的功耗。結果，制造商可以給設備增加Wi-Fi和藍牙功能，而不必擔憂電池壽命無法接受。

為了進一步滿足手機和其他便攜式設備復雜的功率需求，有些組合芯片集成了一個電源管理單元(PMU)。這類電源管理單元可以監視使用模式，并優化系統運行，以最大限度地延長電池壽命。例如，智能“休眠”和“喚醒”模式可以給組件斷電，最大限度地減少設備未使用時所浪費的功率。有些電源管理單元具有一套全面的軟件和設備驅動程序，以能夠對集成的線性和開關穩壓器輸出電壓編程，或實現啟動排序，從而快速和高效率地使電源和集成的組件之間產生關聯。

總結

在移動設備功能合并的推動下，組合芯片成為半導體設計的下一個大的浪潮。這類高度集成的解決方案比分立無線解決方案具有更低的功耗、更小的占板面積、更經濟的設計選項和更高的性能，從而非常適用于手機等便攜式設備。隨著這些移動設備越來越以媒體為中心，消費者需要更多的連接功能，以使他們能夠獲取、欣賞并在設備之間分享數字媒體內容。為了滿足這種需求，設備制造商希望領先的芯片制造商提供反映這種新現實的組合解決方案。

圖：BROADCOM公司最新的組合芯片之一，整合了802.11N WI-FI、藍牙和FM RADIO。此外還獨特地集成了CMOS功率放大器。