eng
Выпуск #3/2001
И.Шахнович.
Сотовый телефон третьего поколения. SuperHomodyne versus superHeterodyne
Сотовый телефон третьего поколения. SuperHomodyne versus superHeterodyne
Просмотры: 2740
Более 30 лет назад президент США Кеннеди пытался сплотить свою нацию под идеей программы “Аполлон” – высадка человека на Луне. Этот проект выглядел чудовищно дорогим – около 30 млрд. долл. Истратив 25 млрд. на успешно развивающуюся программу, налогоплательщики решили: хватит. Луна нам за такие деньги не нужна.
Сегодня же только в Великобритании и Германии сумма продаж лицензий на право предоставления услуг сотовой связи третьего поколения достигла 80 млрд. долл., – более чем в три раза превысив суммарный бюджет программы “Аполлон”. Видимо, связь того стоит. И двигатель этого процесса – не потребители, а производители аппаратуры. Предложение рождает спрос. Только вот когда он (спрос) окрепнет и возмужает?
Сегодня же только в Великобритании и Германии сумма продаж лицензий на право предоставления услуг сотовой связи третьего поколения достигла 80 млрд. долл., – более чем в три раза превысив суммарный бюджет программы “Аполлон”. Видимо, связь того стоит. И двигатель этого процесса – не потребители, а производители аппаратуры. Предложение рождает спрос. Только вот когда он (спрос) окрепнет и возмужает?
Одно из основных требований к сотовым телефонам третьего поколения (3G) – умение работать в двух–трех диапазонах, поддерживая как стандарты второго поколения (cdmaOne, GSM, DAMPS), так и новые спецификации (WCDMA, cdma 2000...) [1]. Поэтому перед производителями элементной базы встали две основных проблемы – создание специальных мультистандартных процессоров и быстроперестраиваемых широкополосных трансиверных модулей. Причем из-за необходимости снижения себестоимости и минимизации числа элементов мобильного телефона на одном кристалле желательно интегрировать максимальное число функциональных устройств. Прошедший в конце февраля в Каннах (Франция) Всемирный конгресс GSM показал, что многие ведущие производители с этой сверхсложной задачей справились. Разумеется, никто из них пока не открывает всей технической документации по новым комплектам ИС, но основные тенденции развития элементной базы проследить все же можно.
Прежде всего, ряд фирм – Analog Devices, Conexant Systems, Infineon, Texas Instruments, Qualcomm – объявили о создании радиомодулей, действующих по принципу прямого преобразования, т.е. без промежуточной частоты (ПЧ). В результате становятся ненужными промежуточные каскады преобразования со всеми необходимыми для этого элементами – смесителями, фильтрами, задающими генераторами (зачастую – на основе синтезаторов) и усилителями. Сокращается число элементов и площадь кристалла.
Безусловно, лидер в этой области – компания Analog Devices. Еще осенью 1999 года она анонсировала свой чипсет Othello, в котором воплотила идею прямого преобразования сигнала. Othello включал в себя две ИС: трансивер AD6524 и многополосный синтезатор AD6523. Комплект ИС создавался для GSM и поддерживает такие его расширения, как GPRS и EDGE. В начале 2000 года Analog Devices объявила и о появлении процессорного чипсета для GSM – AD20msp430 SoftFone, в составе которого собственно GSM-процессор AD6522 и голосовой/сигнальный кодек AD6521. Таким образом, Analog Devices создала два комплекта ИС, дающих законченное решение мобильного телефона (рис.1).
Новая разработка – Othello One – это однокристалльный вариант Othello. Кроме синтезатора на кристалле AD6534 интегрированы схема управления мощностью передатчика и стабилизатор напряжения с низким падением. Othello One поддерживает GSM и GPRS, однако если добавить простой модуль AD6021, чипсет обеспечит работу в режиме EDGE. AD6021 преобразует сигнал с бинарной модуляции GMSK в восьмипозиционную 8PSK. При этом не требуется никаких дополнительных фильтров.
В чем принцип действия трансивера прямого преобразования? Рассмотрим приемную часть (рис.2). Входной сигнал может принадлежать одному из трех возможных диапазонов GSM – 900, 1800 и 1900 МГц. После антенного переключателя сигнал проходит соответствующий своему диапазону полосовой фильтр и встроенный малошумящий усилитель. Затем он попадает в мультиплексор, где смешивается с сигналом опорного генератора и раскладывается на квадратурные составляющие (I- и Q-каналы). Последние поступают в каскад управляемых усилителей с фильтрами, что исключает влияние сигналов соседних каналов. Далее сигнал выводится из ИС, чтобы попасть на входные АЦП ИС кодека (AD6521).
Передатчик прямого преобразования фактически представляет собой генератор, управляемый напряжением (ГУН). В GSM прием и передача всегда разнесены во времени, поэтому входами/выходами могут служить одни и те же выводы ИС. Разложенный на квадратурные составляющие сигнал поступает в модулятор “виртуальной ПЧ”, где смешивается с сигналом “виртуальной” промежуточной частоты (свыше 100 МГц) и поступает на частотно-фазовый детектор. Синхронизированный сигналом опорного генератора, сигнал с выхода частотно-фазового детектора через фильтр поступает на вход внешнего ГУН, где собственно и формируется транслируемый в эфир сигнал. С выхода ГУН сигнал поступает в двухдиапазонный усилитель мощности (3–35 дБ) и после НЧ-фильтра – на антенный переключатель. Кроме того, с выхода ГУН сигнал по цепи обратной связи поступает в модулятор, где понижается до уровня “виртуальной” ПЧ, сравнивается с опорной частотой и используется как сигнал опорного генератора. Подобная схема передатчика называется “трансляционная петля”. Основное ее достоинство – возможность добиться точной амплитудно-фазовой траектории транслируемого сигнала, что снижает требования к линейности выходного усилителя, соответственно удешевляя его [2].
Очевидно, что для GSM подобная схема требует быстрой перестройки частоты опорного сигнала. Так, при работе в режиме пакетной передачи GPRS перестройка частоты должна занимать время не более половины канального интервала GSM-кадра, т.е. не более 250 мкс. Столь быструю перестройку обеспечивает схема синтезатора с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) с дробным предделителем (Fractional-N PLL). Такой синтезатор выполнен в виде отдельной ИС (AD 6524), а также интегрирован в Othello One (AD5634). Дополнительное достоинство системы с быстрой перестройкой частоты – малое энергопотребление, поскольку система включается именно в нужный момент, а в остальное время “дремлет”.
Процессорный комплект AD20msp430 представляет уже четвертое поколение GSM-чипсетов Analog Devices. Особенность архитектуры SoftFone – размещение всех программ во Flash-памяти, что позволяет модернизировать устройство просто заменой программы, даже не меняя ИС памяти. Для стандартного GSM- терминала достаточно одной 8-Мбит ИС памяти. GSM-процессор AD6522 (см. рис.1) содержит ядро сигнального процессора ADSP218х (производительность – 65 MIPS), ОЗУ, контроллер прямого доступа к памяти (ПДП), порт ввода/вывода и управляющий RISC-конотроллер на основе архитектуры ARM7 (39 MIPS). В данной ИС реализуются все необходимые алгоритмы обработки и управления, в том числе – алгоритмы речевого вокодера. AD6521 представляет собой аналоговую ИС, работающую под управлением AD6522 и включающую многоканальный голосовой кодек, ЦАП/АЦП для основного потока (I- и Q-каналы), а также вспомогательные ЦАП/АЦП для контроля частоты, усиления и т.п. Благодаря системе энергоконтроля общее потребление комплекта ИС AD20msp430 в дежурном режиме менее 1мА.
Таким образом, разработанные Analog Devices два комплекта ИС – процессорный и радио – позволяют создавать трехдиапазонный GSM-телефон, состоящий из 51 компонента. При этом общая площадь системы на печатной плате – менее 15 см2. Важно также значительное снижение энергопотребления – до 1000 часов работы в дежурном режиме от стандартных аккумуляторных батарей. В планах Analog Devices – размещение на кристалле и управляемых напряжением генераторов. Заявленная цена на Othello One – 5 долл. в партии 10 тыс. шт., комплекта AD20msp430 – 15 долл.
Во многом аналогично ИС Othello One и решение фирмы Texas Insruments. Устройство TRF6150 этой фирмы – полностью интегрированный трансивер, использующий принцип прямого преобразования. Внешние элементы, в которых он нуждается, – это полосовые фильтры в приемном тракте после антенного мультиплексора, а в передающем тракте – двухполосные ГУН и усилитель мощности. Данная ИС появится на рынке во втором квартале 2001 года, цена в партии в 10 тыс. шт. – 5 долл. Аналогичный трансивер прямого преобразования СХ74017 предложила и фирма Conexant (8,5 долл. в партии 10 тыс. шт.).
Весьма перспективную платформу для систем 3G предлагает компания Infineon – бывшее полупроводниковое подразделение Siemens. Ее однокристальная управляющая ИС M-GOLD (PMB 8880) поддерживает все необходимые функции как для режимов GSM вместе с его расширениями GPRS и EDGE, так и для стандарта третьего поколения WCDMA (рис. 3). Радиотракт обеспечивают однокристальный трансивер SMARTi+ (PMB 6253) с одной ПЧ или трансивер с прямым преобразованием SMARTi DC (PMB 6256). Процессор M-GOLD производится по 0,18-мкм процессу и представляет собой масштабируемую платформу для различных приложений 3G. Он включает ядро сигнального процессора Carmel и 32-разрядный управляющий микроконтроллер TriCore.
ИС трансивера SMARTi+ интегрирует каскады приемника и передатчика, цепи ФАПЧ, ГУНы, необходимые фильтры, стабилизаторы напряжения и опорный 13-МГц генератор. С процессором ИС связана трехпроводной управляющей шиной и стандартным I/Q интерфейсом. Для реализации двухдиапазонного GSM-терминала из внешних элементов SMARTi+ нуждается в трех фильтрах и одном ВЧ ГУН [3].
Примечательно, что в Каннах компания Qualcomm анонсировала сразу два семейства своих ИС – MSM5200 и MSM6ххх. Собственно, были представлены две ИС – приемник RFR5200 и передатчик RFT5200. В семейство также входят управляющая схема MSM5200 (модем мобильной станции), усилитель РА5200 и схема управления мощностью PM1000. Данный комплект ИС предназначен исключительно для терминалов стандарта WCDMA (рис.4).
Передатчик действует под управлением MSM5200 и связан с антенным мультплексором через усилитель РА5200. Он включает в себя смеситель ПЧ, управляемый генератор ПЧ с программируемой системой ФАПЧ, повышающий преобразователь от ПЧ до несущей, два усилителя и схему управления выходной мощностью в диапазоне 85 дБ.
ИС RFR5200 – это полностью интегрированный на одном кристалле приемник, изготовленный по Si-Ge БиКМОП-технологии, обеспечивающей низкий уровень шумов и высокую линейность. Приемник работает с сигналами не только WCDMA, но и системы позиционирования GPS. ИС включает два входных малошумящих усилителя и понижающий (до ПЧ) конвертор, а также полосовые фильтры для квадратурных составляющих сигнала.
Четыре ИС – MSM5200, PA5200, RFR5200 и RFT5200 – представляют собой законченное решение для телефона стандарта WCDMA вместе с приемником GPS. Появление первых образцов ожидается в третьем квартале этого года [4].
Семейство MSM6ххх (рис.5) предназначено для поддержки одновременно практически всех стандартов третьего (cdma2000 и WCDMA) и второго (GSM, GPRS, cdmaOne, DAMPS) поколений. Разумеется, для этого применяются различные ИС. Кроме того, поддерживаются такие приложения, как GPS, Bluetooth, МР3, MPEG-4 и т.д. В новом семействе будет использована технология прямого преобразования, что неминуемо сократит число внешних компонентов. Образцы ИС MSM6ххх должны появиться в первом квартале 2002 года [5].
Даже при столь беглом обзоре видно, что с точки зрения элементной базы преград для сетей 3G нет. Производители готовы. Готовы ли потребители?
Литература
1. Шахнович И. Грядет тотальная МОБИЛизация. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, №2.
2. Dan Fague. Othello: A New Direct-Conversion Radio Chip Set Eliminates IF Stages. – Analog Dialogue, 1999, Vol. 33, №10.
3. www.infineon.com
4. www.qualcomm.com/cda/pr/view/0,1800,536,00.html
5. www.qualcomm.com/cda/pr/view/0,1800,538,00.html
High-tech-разбойник выходит на дорогу...
Для организованных преступных групп, действующих в Кремниевой Долине, микросхемы, несмотря на постоянно снижающуюся на них цену, стали даже более выгодным товаром, чем кокаин. Масштабы похищений впечатляют. Всего лишь за неделю в пригороде Сан-Хосе было похищено микросхем на сумму более 300 тыс. долл. В одном случае водитель трейлера с микросхемами, решив перекусить, остановился и на пару минут зашел в придорожный ресторан. Этого времени грабителям вполне хватило, чтобы “облегчить” его трейлер на 290 тыс. долл. Другой случай произошел средь бела дня на складе компании, заказавшей партию процессоров. Пока водитель подписывал накладные, из его машины исчезли 5 коробок Pentium III. Иные налетчики применяли старый, как мир, трюк под названием “женщина в мини-юбке у сломавшейся машины”. Грузовые терминалы международного аэропорта Сан-Франциско – также кладезь для high-tech-бандитов. Километры заполненных и в большинстве своем открытых складов этих терминалов – как открытая граница. И, несмотря на то, что продукция на складах не маркирована, преступники всегда знают, где то, что им нужно.
Идеальные условия для сбыта краденых микросхем создал Интернет, поскольку он представляет собой глобальный анонимный рынок. В частности, огромное количество чипов по сниженным ценам продается в страны третьего мира. Проследить же путь краденых микросхем значительно труднее, чем, например, наличных денег.
По оценкам ФБР, преступность в сфере высоких технологий продолжает расти. Это вызывает серьезную тревогу корпораций-производителей электронных компонентов и оборудования. Такие гиганты, например, как Intel, AMD, Sun Microsystems и Apple Computers решили объединить свои усилия в борьбе с high-tech-бандитизмом. Благодаря своевременному обмену информацией агентам ФБР удалось в прошлом году ликвидировать банду “The Company”, поставившую в 1995 году своеобразный рекорд: похищение схем памяти компании Centon Electronics, Inc. на сумму около 10 млн.долл.
Проведенные исследования, однако, выявили парадоксальную картину. Оказалось, что среди всех заявленных случаев краж электронных компонентов 90% приходилось на кражи на этапе сборки микросхем, т.е. внутри самих компаний. Для своей защиты компании внедряют разнообразные системы безопасности: от систем наблюдения и контроля за сотрудниками до сопровождения грузов вооруженной охраной. Многие компании используют при транспортировке грузов системы на основе GPS, позволяющие проследить весь маршрут движения товара.
Еще одна проблема — борьба с “черным рынком”. По словам Вэйна Поу, вице-президента компании NECX, занимающейся логистикой для независимых дистрибьюторов электронных компонентов, “мы не просто не покупаем у каждого, мы ведем базы данных всех наших клиентов, с которыми работаем”. Поэтому в условиях жесткой конкуренции далеко не все дистрибьюторские компании идут на риск потери деловой репутации, связываясь с сомнительными поставщиками электронных компонентов.
www.eb-mag.com/eb-mag/Issues/2001/200101/010101heists.asp
Oднокристальный трансивер
Фирма Zeevo протягивает руку помощи создателям Bluetooth-оборудования
Помочь изготовителям оборудования Bluetooth-стандарта выйти на высококонкурентный рынок, вероятно, сможет фирма Zeevo (ранее Telencomm), создавшая чип трансивера/интерфейса ТС2000, поставляемый совместно с программным обеспечением и средствами проектирования. Основное преимущество ИС ТС2000 перед другими однокристальными схемами трансиверов – объединение в чипе всех необходимых ВЧ-устройств ввода/вывода (схем согласования, симметрирующих устройств, ключей и т.п.). Благодаря этому отпадает нужда во многих внешних компонентах и, что не менее важно для разработчика, не требуется большого опыта в проектировании ВЧ-систем. Проектировщик цифрового оборудования может обращаться с чипом, как с устройством, "подобном цифровому".
ВЧ-приемопередатчик, контроллер линии связи, контроллер полосы прямой передачи и интерфейсы выполнены по 0,18-мкм КМОП-технологии. Входные/выходные ВЧ-фильтры и цепи согласования физически не расположены на кристалле. Вместе с передающими линиями они встроены в корпус прибора (рис.1). Такая гибридная конструкция позволила решить проблему реализации критичных ВЧ-схем фильтрации, которые нельзя изготовить по кремниевой технологии. Вместе с тем, вся схема находится в одном корпусе. Единственные требуемые внешние компоненты – 12-МГц кристаллический генератор, четыре конденсатора, резистор и антенна (рис.2).
Сигнал, принимаемый антенной, через согласующую цепь и ключ передачи/приема поступает на вход малошумящего усилителя. При этом чувствительность на входе антенны может превышать -80 дБм. Смесители I/Q-каналов преобразуют входной сигнал с понижением частоты до частоты полосы передачи. Такое прямое преобразование позволяет отказаться от ПАВ-фильтров промежуточной частоты. А благодаря дальнейшему преобразованию сигнала с повышением частоты передачи до ПЧ, равной 1,5 МГц, исключаются и многие проблемы, обычно присущие приемникам с прямым преобразованием сигнала. Эта "хитрая" техника позволила отказаться от двух АЦП и связанных с ними устройств. Сигнал преобразуется в цифровой с помощью одного АЦП и затем демодулируется. После исправления ошибок данные поступают в дескремблер. Перед пересылкой их секции передатчика и устройству управления линией передачи проводится контроль избыточным циклическим кодом.
В секции передатчика данные вновь проходят контроль избыточным циклическим кодом, а затем шифруются. Цифровой сигнал преобразуется в аналоговый и модулируется, после чего преобразуется с повышением частоты до частоты выходного сигнала. Синтезатор – традиционный генератор, управляемый напряжением. Сигнал с выхода передающей секции поступает на антенну через усилитель мощности класса 2 или 3, цепь согласования и ключ передачи/приема. Если необходим усилитель класса 1, подключается внешний усилитель мощности.
Секция пересылки данных содержит процессор ARM7TDMI, 64-Кбайт СОЗУ, 8-Кбайт ПЗУ программы начальной загрузки и 4-Мбит флэш-память. Все операции перемещения данных контролируют четыре DMA-устройства. Для выполнения операций Bluetooth-стандарта достаточно половины производительности процессора и объема флэш-памяти. Секция имеет различные интерфейсы (в том числе USB 1.1 и UART), восемь универсальных линий ввода/вывода и интерфейс ИКМ-аудиокодека.
Напряжение питания трансивера – 3,3 В. Максимальная скорость передачи, поддерживаемая трансивером, – 723 Кбит/с. При встречном включении двух трансиверов ТС2000 они автоматически переключаются в турборежим, поддерживающий скорость до 3 Мбит/с.
Трансивер монтируется в защищенный встроенным экраном керамический корпус LTCC-типа с матричным расположением шариковых выводов (шаг выводов – 0,8 мм). Фирма Zeevo поставляет два варианта трансивера – ТС2000Р-4 с встроенной 4-Мбйт флэш-памятью с 65 контактами и ТС2000М-Е с 123 контактами, требующий применения внешней флэш-памяти.
Прилагаемое фирмой программное обеспечение позволяет применять трансивер в последовательных портах, беспроводных телефонах, факсах, системах доступа локальных сетей. Благодаря гибкости программных средств пользователь может создавать на базе трансивера игровые устройства, цифровые камеры, сканеры штрихового кода, головные телефоны, устройства клавиатуры и мыши, в которых все программное обеспечение записано в Bluetooth-чип. Для упрощения разработки этих устройств Zeevo поставляет и инструментальные средства проектирования.
Фирма уже начала опытное производство трансиверов. Полномасштабное производство планируется на середину 2001 года. При закупке партии в 1 млн. шт. цена схемы составляет 17 долларов.
Electronic Design, 2001, March 19
Прежде всего, ряд фирм – Analog Devices, Conexant Systems, Infineon, Texas Instruments, Qualcomm – объявили о создании радиомодулей, действующих по принципу прямого преобразования, т.е. без промежуточной частоты (ПЧ). В результате становятся ненужными промежуточные каскады преобразования со всеми необходимыми для этого элементами – смесителями, фильтрами, задающими генераторами (зачастую – на основе синтезаторов) и усилителями. Сокращается число элементов и площадь кристалла.
Безусловно, лидер в этой области – компания Analog Devices. Еще осенью 1999 года она анонсировала свой чипсет Othello, в котором воплотила идею прямого преобразования сигнала. Othello включал в себя две ИС: трансивер AD6524 и многополосный синтезатор AD6523. Комплект ИС создавался для GSM и поддерживает такие его расширения, как GPRS и EDGE. В начале 2000 года Analog Devices объявила и о появлении процессорного чипсета для GSM – AD20msp430 SoftFone, в составе которого собственно GSM-процессор AD6522 и голосовой/сигнальный кодек AD6521. Таким образом, Analog Devices создала два комплекта ИС, дающих законченное решение мобильного телефона (рис.1).
Новая разработка – Othello One – это однокристалльный вариант Othello. Кроме синтезатора на кристалле AD6534 интегрированы схема управления мощностью передатчика и стабилизатор напряжения с низким падением. Othello One поддерживает GSM и GPRS, однако если добавить простой модуль AD6021, чипсет обеспечит работу в режиме EDGE. AD6021 преобразует сигнал с бинарной модуляции GMSK в восьмипозиционную 8PSK. При этом не требуется никаких дополнительных фильтров.
В чем принцип действия трансивера прямого преобразования? Рассмотрим приемную часть (рис.2). Входной сигнал может принадлежать одному из трех возможных диапазонов GSM – 900, 1800 и 1900 МГц. После антенного переключателя сигнал проходит соответствующий своему диапазону полосовой фильтр и встроенный малошумящий усилитель. Затем он попадает в мультиплексор, где смешивается с сигналом опорного генератора и раскладывается на квадратурные составляющие (I- и Q-каналы). Последние поступают в каскад управляемых усилителей с фильтрами, что исключает влияние сигналов соседних каналов. Далее сигнал выводится из ИС, чтобы попасть на входные АЦП ИС кодека (AD6521).
Передатчик прямого преобразования фактически представляет собой генератор, управляемый напряжением (ГУН). В GSM прием и передача всегда разнесены во времени, поэтому входами/выходами могут служить одни и те же выводы ИС. Разложенный на квадратурные составляющие сигнал поступает в модулятор “виртуальной ПЧ”, где смешивается с сигналом “виртуальной” промежуточной частоты (свыше 100 МГц) и поступает на частотно-фазовый детектор. Синхронизированный сигналом опорного генератора, сигнал с выхода частотно-фазового детектора через фильтр поступает на вход внешнего ГУН, где собственно и формируется транслируемый в эфир сигнал. С выхода ГУН сигнал поступает в двухдиапазонный усилитель мощности (3–35 дБ) и после НЧ-фильтра – на антенный переключатель. Кроме того, с выхода ГУН сигнал по цепи обратной связи поступает в модулятор, где понижается до уровня “виртуальной” ПЧ, сравнивается с опорной частотой и используется как сигнал опорного генератора. Подобная схема передатчика называется “трансляционная петля”. Основное ее достоинство – возможность добиться точной амплитудно-фазовой траектории транслируемого сигнала, что снижает требования к линейности выходного усилителя, соответственно удешевляя его [2].
Очевидно, что для GSM подобная схема требует быстрой перестройки частоты опорного сигнала. Так, при работе в режиме пакетной передачи GPRS перестройка частоты должна занимать время не более половины канального интервала GSM-кадра, т.е. не более 250 мкс. Столь быструю перестройку обеспечивает схема синтезатора с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) с дробным предделителем (Fractional-N PLL). Такой синтезатор выполнен в виде отдельной ИС (AD 6524), а также интегрирован в Othello One (AD5634). Дополнительное достоинство системы с быстрой перестройкой частоты – малое энергопотребление, поскольку система включается именно в нужный момент, а в остальное время “дремлет”.
Процессорный комплект AD20msp430 представляет уже четвертое поколение GSM-чипсетов Analog Devices. Особенность архитектуры SoftFone – размещение всех программ во Flash-памяти, что позволяет модернизировать устройство просто заменой программы, даже не меняя ИС памяти. Для стандартного GSM- терминала достаточно одной 8-Мбит ИС памяти. GSM-процессор AD6522 (см. рис.1) содержит ядро сигнального процессора ADSP218х (производительность – 65 MIPS), ОЗУ, контроллер прямого доступа к памяти (ПДП), порт ввода/вывода и управляющий RISC-конотроллер на основе архитектуры ARM7 (39 MIPS). В данной ИС реализуются все необходимые алгоритмы обработки и управления, в том числе – алгоритмы речевого вокодера. AD6521 представляет собой аналоговую ИС, работающую под управлением AD6522 и включающую многоканальный голосовой кодек, ЦАП/АЦП для основного потока (I- и Q-каналы), а также вспомогательные ЦАП/АЦП для контроля частоты, усиления и т.п. Благодаря системе энергоконтроля общее потребление комплекта ИС AD20msp430 в дежурном режиме менее 1мА.
Таким образом, разработанные Analog Devices два комплекта ИС – процессорный и радио – позволяют создавать трехдиапазонный GSM-телефон, состоящий из 51 компонента. При этом общая площадь системы на печатной плате – менее 15 см2. Важно также значительное снижение энергопотребления – до 1000 часов работы в дежурном режиме от стандартных аккумуляторных батарей. В планах Analog Devices – размещение на кристалле и управляемых напряжением генераторов. Заявленная цена на Othello One – 5 долл. в партии 10 тыс. шт., комплекта AD20msp430 – 15 долл.
Во многом аналогично ИС Othello One и решение фирмы Texas Insruments. Устройство TRF6150 этой фирмы – полностью интегрированный трансивер, использующий принцип прямого преобразования. Внешние элементы, в которых он нуждается, – это полосовые фильтры в приемном тракте после антенного мультиплексора, а в передающем тракте – двухполосные ГУН и усилитель мощности. Данная ИС появится на рынке во втором квартале 2001 года, цена в партии в 10 тыс. шт. – 5 долл. Аналогичный трансивер прямого преобразования СХ74017 предложила и фирма Conexant (8,5 долл. в партии 10 тыс. шт.).
Весьма перспективную платформу для систем 3G предлагает компания Infineon – бывшее полупроводниковое подразделение Siemens. Ее однокристальная управляющая ИС M-GOLD (PMB 8880) поддерживает все необходимые функции как для режимов GSM вместе с его расширениями GPRS и EDGE, так и для стандарта третьего поколения WCDMA (рис. 3). Радиотракт обеспечивают однокристальный трансивер SMARTi+ (PMB 6253) с одной ПЧ или трансивер с прямым преобразованием SMARTi DC (PMB 6256). Процессор M-GOLD производится по 0,18-мкм процессу и представляет собой масштабируемую платформу для различных приложений 3G. Он включает ядро сигнального процессора Carmel и 32-разрядный управляющий микроконтроллер TriCore.
ИС трансивера SMARTi+ интегрирует каскады приемника и передатчика, цепи ФАПЧ, ГУНы, необходимые фильтры, стабилизаторы напряжения и опорный 13-МГц генератор. С процессором ИС связана трехпроводной управляющей шиной и стандартным I/Q интерфейсом. Для реализации двухдиапазонного GSM-терминала из внешних элементов SMARTi+ нуждается в трех фильтрах и одном ВЧ ГУН [3].
Примечательно, что в Каннах компания Qualcomm анонсировала сразу два семейства своих ИС – MSM5200 и MSM6ххх. Собственно, были представлены две ИС – приемник RFR5200 и передатчик RFT5200. В семейство также входят управляющая схема MSM5200 (модем мобильной станции), усилитель РА5200 и схема управления мощностью PM1000. Данный комплект ИС предназначен исключительно для терминалов стандарта WCDMA (рис.4).
Передатчик действует под управлением MSM5200 и связан с антенным мультплексором через усилитель РА5200. Он включает в себя смеситель ПЧ, управляемый генератор ПЧ с программируемой системой ФАПЧ, повышающий преобразователь от ПЧ до несущей, два усилителя и схему управления выходной мощностью в диапазоне 85 дБ.
ИС RFR5200 – это полностью интегрированный на одном кристалле приемник, изготовленный по Si-Ge БиКМОП-технологии, обеспечивающей низкий уровень шумов и высокую линейность. Приемник работает с сигналами не только WCDMA, но и системы позиционирования GPS. ИС включает два входных малошумящих усилителя и понижающий (до ПЧ) конвертор, а также полосовые фильтры для квадратурных составляющих сигнала.
Четыре ИС – MSM5200, PA5200, RFR5200 и RFT5200 – представляют собой законченное решение для телефона стандарта WCDMA вместе с приемником GPS. Появление первых образцов ожидается в третьем квартале этого года [4].
Семейство MSM6ххх (рис.5) предназначено для поддержки одновременно практически всех стандартов третьего (cdma2000 и WCDMA) и второго (GSM, GPRS, cdmaOne, DAMPS) поколений. Разумеется, для этого применяются различные ИС. Кроме того, поддерживаются такие приложения, как GPS, Bluetooth, МР3, MPEG-4 и т.д. В новом семействе будет использована технология прямого преобразования, что неминуемо сократит число внешних компонентов. Образцы ИС MSM6ххх должны появиться в первом квартале 2002 года [5].
Даже при столь беглом обзоре видно, что с точки зрения элементной базы преград для сетей 3G нет. Производители готовы. Готовы ли потребители?
Литература
1. Шахнович И. Грядет тотальная МОБИЛизация. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, №2.
2. Dan Fague. Othello: A New Direct-Conversion Radio Chip Set Eliminates IF Stages. – Analog Dialogue, 1999, Vol. 33, №10.
3. www.infineon.com
4. www.qualcomm.com/cda/pr/view/0,1800,536,00.html
5. www.qualcomm.com/cda/pr/view/0,1800,538,00.html
High-tech-разбойник выходит на дорогу...
Для организованных преступных групп, действующих в Кремниевой Долине, микросхемы, несмотря на постоянно снижающуюся на них цену, стали даже более выгодным товаром, чем кокаин. Масштабы похищений впечатляют. Всего лишь за неделю в пригороде Сан-Хосе было похищено микросхем на сумму более 300 тыс. долл. В одном случае водитель трейлера с микросхемами, решив перекусить, остановился и на пару минут зашел в придорожный ресторан. Этого времени грабителям вполне хватило, чтобы “облегчить” его трейлер на 290 тыс. долл. Другой случай произошел средь бела дня на складе компании, заказавшей партию процессоров. Пока водитель подписывал накладные, из его машины исчезли 5 коробок Pentium III. Иные налетчики применяли старый, как мир, трюк под названием “женщина в мини-юбке у сломавшейся машины”. Грузовые терминалы международного аэропорта Сан-Франциско – также кладезь для high-tech-бандитов. Километры заполненных и в большинстве своем открытых складов этих терминалов – как открытая граница. И, несмотря на то, что продукция на складах не маркирована, преступники всегда знают, где то, что им нужно.
Идеальные условия для сбыта краденых микросхем создал Интернет, поскольку он представляет собой глобальный анонимный рынок. В частности, огромное количество чипов по сниженным ценам продается в страны третьего мира. Проследить же путь краденых микросхем значительно труднее, чем, например, наличных денег.
По оценкам ФБР, преступность в сфере высоких технологий продолжает расти. Это вызывает серьезную тревогу корпораций-производителей электронных компонентов и оборудования. Такие гиганты, например, как Intel, AMD, Sun Microsystems и Apple Computers решили объединить свои усилия в борьбе с high-tech-бандитизмом. Благодаря своевременному обмену информацией агентам ФБР удалось в прошлом году ликвидировать банду “The Company”, поставившую в 1995 году своеобразный рекорд: похищение схем памяти компании Centon Electronics, Inc. на сумму около 10 млн.долл.
Проведенные исследования, однако, выявили парадоксальную картину. Оказалось, что среди всех заявленных случаев краж электронных компонентов 90% приходилось на кражи на этапе сборки микросхем, т.е. внутри самих компаний. Для своей защиты компании внедряют разнообразные системы безопасности: от систем наблюдения и контроля за сотрудниками до сопровождения грузов вооруженной охраной. Многие компании используют при транспортировке грузов системы на основе GPS, позволяющие проследить весь маршрут движения товара.
Еще одна проблема — борьба с “черным рынком”. По словам Вэйна Поу, вице-президента компании NECX, занимающейся логистикой для независимых дистрибьюторов электронных компонентов, “мы не просто не покупаем у каждого, мы ведем базы данных всех наших клиентов, с которыми работаем”. Поэтому в условиях жесткой конкуренции далеко не все дистрибьюторские компании идут на риск потери деловой репутации, связываясь с сомнительными поставщиками электронных компонентов.
www.eb-mag.com/eb-mag/Issues/2001/200101/010101heists.asp
Oднокристальный трансивер
Фирма Zeevo протягивает руку помощи создателям Bluetooth-оборудования
Помочь изготовителям оборудования Bluetooth-стандарта выйти на высококонкурентный рынок, вероятно, сможет фирма Zeevo (ранее Telencomm), создавшая чип трансивера/интерфейса ТС2000, поставляемый совместно с программным обеспечением и средствами проектирования. Основное преимущество ИС ТС2000 перед другими однокристальными схемами трансиверов – объединение в чипе всех необходимых ВЧ-устройств ввода/вывода (схем согласования, симметрирующих устройств, ключей и т.п.). Благодаря этому отпадает нужда во многих внешних компонентах и, что не менее важно для разработчика, не требуется большого опыта в проектировании ВЧ-систем. Проектировщик цифрового оборудования может обращаться с чипом, как с устройством, "подобном цифровому".
ВЧ-приемопередатчик, контроллер линии связи, контроллер полосы прямой передачи и интерфейсы выполнены по 0,18-мкм КМОП-технологии. Входные/выходные ВЧ-фильтры и цепи согласования физически не расположены на кристалле. Вместе с передающими линиями они встроены в корпус прибора (рис.1). Такая гибридная конструкция позволила решить проблему реализации критичных ВЧ-схем фильтрации, которые нельзя изготовить по кремниевой технологии. Вместе с тем, вся схема находится в одном корпусе. Единственные требуемые внешние компоненты – 12-МГц кристаллический генератор, четыре конденсатора, резистор и антенна (рис.2).
Сигнал, принимаемый антенной, через согласующую цепь и ключ передачи/приема поступает на вход малошумящего усилителя. При этом чувствительность на входе антенны может превышать -80 дБм. Смесители I/Q-каналов преобразуют входной сигнал с понижением частоты до частоты полосы передачи. Такое прямое преобразование позволяет отказаться от ПАВ-фильтров промежуточной частоты. А благодаря дальнейшему преобразованию сигнала с повышением частоты передачи до ПЧ, равной 1,5 МГц, исключаются и многие проблемы, обычно присущие приемникам с прямым преобразованием сигнала. Эта "хитрая" техника позволила отказаться от двух АЦП и связанных с ними устройств. Сигнал преобразуется в цифровой с помощью одного АЦП и затем демодулируется. После исправления ошибок данные поступают в дескремблер. Перед пересылкой их секции передатчика и устройству управления линией передачи проводится контроль избыточным циклическим кодом.
В секции передатчика данные вновь проходят контроль избыточным циклическим кодом, а затем шифруются. Цифровой сигнал преобразуется в аналоговый и модулируется, после чего преобразуется с повышением частоты до частоты выходного сигнала. Синтезатор – традиционный генератор, управляемый напряжением. Сигнал с выхода передающей секции поступает на антенну через усилитель мощности класса 2 или 3, цепь согласования и ключ передачи/приема. Если необходим усилитель класса 1, подключается внешний усилитель мощности.
Секция пересылки данных содержит процессор ARM7TDMI, 64-Кбайт СОЗУ, 8-Кбайт ПЗУ программы начальной загрузки и 4-Мбит флэш-память. Все операции перемещения данных контролируют четыре DMA-устройства. Для выполнения операций Bluetooth-стандарта достаточно половины производительности процессора и объема флэш-памяти. Секция имеет различные интерфейсы (в том числе USB 1.1 и UART), восемь универсальных линий ввода/вывода и интерфейс ИКМ-аудиокодека.
Напряжение питания трансивера – 3,3 В. Максимальная скорость передачи, поддерживаемая трансивером, – 723 Кбит/с. При встречном включении двух трансиверов ТС2000 они автоматически переключаются в турборежим, поддерживающий скорость до 3 Мбит/с.
Трансивер монтируется в защищенный встроенным экраном керамический корпус LTCC-типа с матричным расположением шариковых выводов (шаг выводов – 0,8 мм). Фирма Zeevo поставляет два варианта трансивера – ТС2000Р-4 с встроенной 4-Мбйт флэш-памятью с 65 контактами и ТС2000М-Е с 123 контактами, требующий применения внешней флэш-памяти.
Прилагаемое фирмой программное обеспечение позволяет применять трансивер в последовательных портах, беспроводных телефонах, факсах, системах доступа локальных сетей. Благодаря гибкости программных средств пользователь может создавать на базе трансивера игровые устройства, цифровые камеры, сканеры штрихового кода, головные телефоны, устройства клавиатуры и мыши, в которых все программное обеспечение записано в Bluetooth-чип. Для упрощения разработки этих устройств Zeevo поставляет и инструментальные средства проектирования.
Фирма уже начала опытное производство трансиверов. Полномасштабное производство планируется на середину 2001 года. При закупке партии в 1 млн. шт. цена схемы составляет 17 долларов.
Electronic Design, 2001, March 19
Отзывы читателей
