满足802.11n规范设计的关键要素分析

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最新的WLAN规范802.11n带来的技术挑战相当严峻。802.11nWLAN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 802.11nWLAN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。

　　RalinkTechnology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AtherosCommunications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802.11nFEM，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DarcyPoulin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802.11nRF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9×9mmQFN-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KevinMukai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LillianChiu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：RalinkTechnology公司已开始付运802.11nRT2800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MIMOOFDM可实现的峰值吞吐量。”

　　Atheros公司行销副总裁ToddAntes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。