在3G移動電話中嵌入的藍(lán)牙、GPS接收器和CMOS攝像模塊,其核心芯片都是LSI或VLSI。盡管這些技術(shù)并非為移動電話專用,但為了能用于移動電話,必須滿足體積小、重量輕和低功耗的要求。經(jīng)過近幾年的開發(fā),也都開始進(jìn)入了實用階段。
(4) 2.5G和3G移動電話解決方案
現(xiàn)推向市場的2.5G GPRS或3G移動電話的全面解決方案,有TI的開放式多媒體應(yīng)用平臺（OMAP）、Motorola的i.250和i.300集中式創(chuàng)新平臺及Siemens、Philips和科勝訊等公司的多種方案。
TI的OMAP的一個三芯片解決方案包括：TBB2100雙內(nèi)核數(shù)字基帶處理器,具有完整電源管理功能的TWL3014模擬基帶處理器及零中頻TRF6150 RF收發(fā)器。
Motorola的i.250 GSM/GPRS平臺,包括了全套RF和基帶芯片組,由于集成度高,整機的元器件僅為125個。i.300用于3G移動電話開發(fā),具有GSM/UMTS成套RF和基帶芯片組,并支持藍(lán)牙、GPS接收、攝像和圖像處理功能。
移動電話芯片的最新發(fā)展動態(tài)是TI和Intel計劃在基帶芯片上集成快閃存儲器和RF電路,兩年后可望推向市場,用于2G、2.5G和3G手機。這種單片ASIC對手機制造廠商將具有極大的吸引力。
2.2 溫補晶振 （TCXO）
溫度補償晶體振蕩器為PLL頻率合成器提供參考頻率源,是手機電路中的關(guān)鍵器件之一。其輸出頻率、相位噪聲、頻率穩(wěn)定度等技術(shù)指標(biāo)須符合手機的設(shè)計要求。近幾年發(fā)展的顯著特點是外形尺寸從9.0×4.5×2mm3減小至4.0×2.5×1.2mm3,且功耗降低,典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)為：輸出頻率為13.0MHz或12.6 MHz 、12.8 MHz 、14.4 MHz等多種,頻率穩(wěn)定度±2.5×10-6（-30～+75℃）,相位噪聲-137dBc/Hz(1kHz偏移處),電流消耗(+3V電源)1.0 mA。
2.3 壓控振蕩器（VCO）
VCO是PLL頻率合成器的重要部件。在移動電話工作時,頻率合成器根據(jù)MCU的預(yù)置,產(chǎn)生整機工作所需要的高質(zhì)量的振蕩頻率。近幾年VCO向著高頻化、低功耗、小型化和高密度化的方向發(fā)展。
早期GSM 900單頻手機用的VCO,典型尺寸為 12×10×4mm3,現(xiàn)可減小至5.0×4.0×1.6mm3,GSM 900/1800 雙頻手機用的雙VCO,可制作在一個9.6×7.0×1.6mm3的封裝里。一種用于3G移動電話的VCO,輸出頻率范圍為2300～2360MHz,其封裝尺寸為5.0×4.0×1.6mm3,使用＋3V電源。據(jù)報道,具有更高輸出頻率范圍的VCO也已研制成功。
VCO的輸出頻率范圍依據(jù)整機的設(shè)計要求而定,調(diào)諧靈敏度要滿足PLL的環(huán)路參數(shù)設(shè)計要求。另一個重要技術(shù)指標(biāo)C/N通�？蓛�(yōu)于100dBc/Hz (10kHz偏移處)。
2.4 雙工器
移動電話是一個雙工電臺,為了能在共用一根天線時使收發(fā)能同時工作,在天線端必須使用雙工器或天線開關(guān),為收發(fā)信號提供互相隔離的通道。同時,使發(fā)射器產(chǎn)生的落在接收頻段的噪聲得到足夠的抑制,以不致影響接收器的接收靈敏度,而從天線接收的信號可通過接收通道進(jìn)入接收器的低噪聲放大器。
雙工器實為兩個帶通濾波器,常用的有陶瓷介質(zhì)雙工器和SAW雙工器等類型,可根據(jù)各類移動電話的收發(fā)頻率范圍設(shè)計濾波器的中心頻率、帶寬、隔離度和駐波比等參數(shù),現(xiàn)投放市場用于GSM、CDMA和3G手機的產(chǎn)品規(guī)格繁多,近幾年較大的進(jìn)展是工作頻率進(jìn)入了2000MHz頻段,體積重量大大減小。一種新開發(fā)的WCDMA手機介質(zhì)雙工器,外形尺寸從以往的20×14×4mm3減小為10×5×2mm3,其主要電性能為：插損（Tx）1.5dBmax, （Rx）2.0dBmax;衰減(Tx) 45dBmin,（Rx）50dBmin 。另一種WCDMA手機SAW雙工器,外形尺寸僅為3.8×3.8×1.5mm3,其主要電性能為：插損 (Tx) 2.0dBmax, (Rx) 3.5 dBmax;衰減(Tx) 40dBmin,（Rx） 45dBmin 。近幾年開發(fā)的FBAR（Film Bulk Acoustic Resonator 薄膜腔聲諧振器）雙工器,是用于移動電話的新型雙工器,其電性能與介質(zhì)雙工器或SAW雙工器相當(dāng),體積為11.9×5.6×1.9mm3,已在CDMA手機中使用。
應(yīng)用射頻PIN二極管的開關(guān)特性,設(shè)計成具有接收和發(fā)射互相隔離的兩個通道的天線開關(guān),其隔離度和插損等技術(shù)指標(biāo)可滿足GSM手機的要求,并具有體積小和價廉的特點,在GSM單頻和雙頻手機中得到了廣泛的應(yīng)用,目前雙頻天線開關(guān)的外形尺寸可達(dá)到 5.4×4.0×1.8mm3,比以往產(chǎn)品減小了33%。
2.5 SAW濾波器
SAW濾波器在手機中廣泛用于級間濾波,其特點是體積小、重量輕,電性能優(yōu)良。隨著半導(dǎo)體精細(xì)加工和多層陶瓷封裝技術(shù)的發(fā)展,可為2G和3G移動電話提供多種射頻和中頻濾波器,而且體積不斷減小。1998年射頻SAW帶通濾波器以3.8×3.8×1.5mm3尺寸為主流產(chǎn)品,目前以3.0×3.0×1.15mm3和2.5×2.0×1.0mm3為主流產(chǎn)品,體積減小了53%和77%,還可將GSM900/1800雙射頻濾波器設(shè)計在一個3.0×3.0×1.15mm3封裝中。380MHz 的SAW中頻濾波器的外型尺寸為3.0×3.0×1.15mm3。
2.6 電容器、電阻器和電感器
(1)電容器
在移動電話中用的電容器多為片狀MLCC,其次是片狀鉭電容,在特殊電路中使用片狀金屬化薄膜電容。
MLCC的1類電容有多種電容溫度系數(shù)組別,手機中多用COG（NPO）組,2類電容按電容溫度特性則有X7R、X5R、Y5V等多組,外形尺寸從0.6×0.3mm2到5.7×5.0mm2,共8種規(guī)格。工作電壓從6.3V到50V,共5種。手機設(shè)計師在考慮電容溫度特性的前提下,都要追求大比容的產(chǎn)品。
目前MLCC的最小尺寸為0.6×0.3mm2,此規(guī)格的COG組容量為0.5～100pF（25V）,X5R組容量為100～2200PF（25V）,或為10000PF（6.3V）,這意味著手機中的許多電容器都可以使用這樣小的片狀電容來解決。在稍大尺寸的3.2×1.6mm2規(guī)格中,COG組容量為3900～33000PF,X5R組可達(dá)22μF（6.3V）,Y5V組可達(dá)22μF（10V）。在4.5×3.2mm2規(guī)格中,X5R組可達(dá)100μF（6.3V）,Y5V組亦可達(dá)100μF（10V）。
片狀電解電容用于電源濾波,常用規(guī)格的外形尺寸從2.0×1.25×1.2mm3到7.3×4.3×2.9mm3共8種,工作電壓從4V到35V,電容量符合系列化要求,最大容量可達(dá)220μF（6.3V）或330μF（4V）,但各廠家的外形尺寸相差較大。
松下的ECPU型金屬化薄膜電容器幾乎為手機專用,該產(chǎn)品外形尺寸有5種規(guī)格,最小為 2.0×1.25×1.2mm3,最大為3.2×2.5×1.4mm3,電容量從0.1～1.0μF。這種電容器具有很強的耐受沖擊雜波的特點,特別適合于在PLL環(huán)路濾波器中使用。據(jù)介紹,世界主要手機生產(chǎn)廠商都使用了這種電容器。
(2)電阻器
片狀電阻外形尺寸從0.6×0.3mm2到6.3×3.2mm2,有多種規(guī)格,額定功率從1/20W到1W,電阻值符合系列化要求。在移動電話中,通常使用外形尺寸0.6×0.3mm2（1/20W）和 1.0×0.5mm2（1/16W）的規(guī)格。
(3)電感器
片狀電感器有線繞式、薄膜式和多層式等類型。在移動電話中,高頻電路用的電感器要求有良好的高頻特性,電源濾波用的要求有較大的額定電流,在這兩種場合都希望直流電阻要小,線繞片式電感的高頻特性較好,額定電流較大,以往小型化受到限制,現(xiàn)最小尺寸也可做到1.20×0.64×0.66mm3,其電感量為1.0～47nH;1.80×1.10×1.00mm3規(guī)格的電感量為1.6～390nH。高頻用的多層片式電感的最小尺寸為1.0×0.5×0.5mm3,電感量為1.0～100nH;1.6×0.8×0.8mm3規(guī)格的電感量為1.5～220nH;2.0×1.25×0.85mm3規(guī)格的電感量為1.5～470nH。通用型多層片式電感,2.0×1.25×0.85mm3規(guī)格的電感量可達(dá)33μH,有的廠家還可做到100μH,但額定電流較小。手機設(shè)計師通常根據(jù)電路的工作頻率和電流以及電感器的價格,在線繞式和多層式之間靈活選擇。
2.7 彩色顯示屏
早期的移動電話,只能配置顯示單行文字的黑白顯示屏,僅可做簡單的菜單操作提示。目前多使用大畫面黑白顯示屏。為了體現(xiàn)第三代移動通信的多媒體功能,顯示彩色圖像已成為需求,彩色顯示屏將成為新一代手機的普通特征之一。第一臺具有彩色顯示屏的手機于1999年問世。據(jù)預(yù)測,到2005年使用黑白和彩色顯示屏的手機將平分秋色。對彩色顯示屏的基本要求是高響應(yīng)速度、在室內(nèi)和室外環(huán)境下的高可見性、全彩色、高分辨率、低功耗及緊湊的設(shè)計。
目前推向市場的彩色液晶顯示屏有STN（Super-Twist-Nematic 超扭曲向列）、TFT(Thin-film-Transistor 薄膜晶體管)、TFD（Thin-Film-Diode薄膜二極管）等類型,此外還有新發(fā)展的有機電致發(fā)光OLED(Organic Light-Emitting Diode)彩色顯示屏。
（1）彩色STN
當(dāng)前手機上使用的彩色液晶屏多為STN,其主要特點是功耗和價格較低,對手機廠商頗有吸引力。國外近期新推出的一些GPRS手機所配置的STN彩色液晶顯示屏,像素為120×120或143×120,顯示色數(shù)多為256色,也有個別的為4096色。STN的像素較低,不足以顯示高像質(zhì)的活動圖像。
�。�2）彩色TFT和TFD
為了使新一代手機能顯示高像質(zhì)的高速視頻,就需要使用TFT彩色液晶顯示屏。日本產(chǎn)的TFT彩色液晶顯示屏像素可達(dá)560×220,顯示色數(shù)為26萬色。
日本也有廠商正積極推廣TFD彩色液晶顯示屏,其特點是比TFT結(jié)構(gòu)簡單,功耗低,更適合于移動電話。典型產(chǎn)品的功耗,在顯示靜態(tài)圖像時為3.5mW,顯示30幀/秒視頻時可控制在5mW。
（3）彩色OLED
有機電致發(fā)光OLED彩色顯示屏是新一代顯示技術(shù)。與液晶屏相比,OLED具有超薄、自發(fā)光、視角寬（水平170°）、響應(yīng)快（幾微秒）、發(fā)光效率高、功耗低、成本低等特點,已在手機中得到應(yīng)用。
2.8 CMOS攝像模塊
在使用手機時,可實時見到通話對方的音容笑貌,這將是3G手機的重要特征之一。據(jù)預(yù)測,到2004年,全世界將有6000萬部手機增添攝像功能。目前世界上有實力的CMOS成像器件廠商都在研發(fā)專門供手機使用的攝像模塊。對這種微型攝像機的基本要求是：應(yīng)能在2.7V或更低的電壓下工作,耗電量應(yīng)低于100mW,同時支持靜態(tài)和視頻成像,分辨率要求達(dá)到CIF（352×288像素）或VGA（640×480像素）標(biāo)準(zhǔn),整體封裝尺寸應(yīng)小于1立方厘米,能夠集成傳感器、光學(xué)器件、圖像處理ASIC和機械外殼于一體,其成本應(yīng)低于10美元。
第一代CMOS移動電話攝像模塊Matisse已于去年提供給移動電話制造商。該模塊的工作電壓為2.8V,耗電量小于50mW,外型尺寸為10×10×7.5 mm3,并達(dá)到了CIF分辨率。
與CCD傳感器相比,CMOS傳感器在體積、功耗上具有優(yōu)勢,因手機對功耗和體積有特殊要求,使CCD傳感器無法涉足這一市場。CCD傳感器的靈敏度要高于CMOS傳感器,但這個差距正在縮小。
2.9 藍(lán)牙（Bluetooth）模塊
所謂藍(lán)牙,實際上是一個工作在2.4GHz頻段的短距離（10～100 m）收發(fā)信機,模塊中包含了射頻和基帶。在移動電話中嵌入微型廉價的藍(lán)牙模塊后,可用無線連接的方式,使移動電話與其它裝有藍(lán)牙模塊的信息電器互連互通,傳輸速率為1Mb/s,移動電話本身亦可使用無繩耳塞。市面上已出現(xiàn)了嵌入藍(lán)牙模塊的GPRS手機。據(jù)預(yù)測,到2005年,具備藍(lán)牙功能的移動電話將增長至3億部。
藍(lán)牙芯片與移動電話的集成,通常有3種解決方案：一是單芯片藍(lán)牙射頻/基帶解決方案;二是雙芯片藍(lán)牙射頻和基帶處理器解決方案（為集成到移動電話主板上而設(shè)計的）;三是僅增加射頻的解決方案,藍(lán)牙數(shù)字基帶處理在移動電話的基帶芯片上進(jìn)行。第3方案可使藍(lán)牙芯片的成本最低、尺寸最小,但目前難以實現(xiàn)。芯片供應(yīng)廠商多采用第1、2種方案。
據(jù)最新報道,TI的單芯片藍(lán)牙解決方案BRF6100,可支持2.5G和3G移動電話標(biāo)準(zhǔn),并可實現(xiàn)與7個連接設(shè)備的多點操作。芯片封裝尺寸為6×6mm2,僅需5個外接元件,整個模塊占用的面積小于90mm2。采用1.8V或3.0V供電,功耗為現(xiàn)有解決方案的一半。該產(chǎn)品將于2003年第一季度量產(chǎn),成本可低于4美元。
3. 結(jié)束語
近兩三年來,移動電話元器件向著高頻化、小型化、單片化、模塊化的方向不斷取得新進(jìn)展,代表了目前手持式移動通信終端產(chǎn)品元器件的發(fā)展水平。許多新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)成功,使諸多元器件更新?lián)Q代,有力地推動了2.5G和3G移動電話的發(fā)展。本文所介紹的元器件,基本都是已商品化的產(chǎn)品,因資料搜集不夠全面,有些產(chǎn)品的最新發(fā)展動態(tài)可能有所遺漏。另因篇幅所限,尚有多種元器件未能涉及,這些產(chǎn)品也同樣取得了較大的進(jìn)展。
