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可实现超低成本移动电话的可实现超低成本移动电话的CMOS单芯片解决方案单芯片解决方案

今天大约三十五亿人生活在移动电话网络覆盖的地区，但是其中绝大部分人没有能力购买移动电话。降低成本

是使这些未使用手机的人用上手机的驱动力，手机必须以极具吸引力的低廉价格才能让手机制造商和运营商进

一步扩展他们的业务和用户群。在这种背景下，英飞凌公司推出了GSM/GPRS单芯片解决方案E-GOLDradio。

该方案采用高性价比的最新CMOS工艺，在纯单片CMOS裸片上以9x9mm2的LF2BGA-233倒装封装内置了所有

用于移动电话应用的构建模块，例如基带功能、内部存储器(RAM以及ROM)、混合信号和RF功能。调制解调器

功能允许GPRS multi-slot class多达12。E-GOLD

今天大约三十五亿人生活在移动电话网络覆盖的地区，但是其中绝大部分人没有能力购买移动电话。降低成本是使这些未使用

手机的人用上手机的驱动力，手机必须以极具吸引力的低廉价格才能让手机制造商和运营商进一步扩展他们的业务和用户群。

在这种背景下，英飞凌公司推出了GSM/GPRS单芯片解决方案E-GOLDradio。该方案采用高性价比的最新CMOS工艺，在纯

单片CMOS裸片上以9x9mm2的LF2BGA-233倒装封装内置了所有用于移动电话应用的构建模块，例如基带功能、内部存储器

(RAM以及ROM)、混合信号和RF功能。调制解调器功能允许GPRS multi-slot class多达12。E-GOLDradio是英飞凌公司的

BP30(基本型电话)和ULC(超低成本)两个平台方案的核心器件。

E-GOLDradio简介简介

E-GOLDradio以单片的形式集成了英飞凌公司的E-GOLDlite蜂窝基带芯片和SMARTi-SD2 RF收发器，而这两个单独器件都已

经实现了一段时间的大批量生产，因此具有很高的成熟度。表1概括介绍了E-GOLDradio芯片的功能。

除了这些基本功能外，功能的可扩展性是该芯片的一个主要的优势。E-GOLDradio可以实现从超低成本手机到中等距离对讲

等各种手机，支持翻盖手机的双显示屏、数码相机、MP3播放等功能。图1所示是E-GOLDradio芯片的系统架构。

单芯片集成的挑战单芯片集成的挑战

为了满足最低成本、最小尺寸以及最小耗电流等基本要求，优先选用了高集成度的系统级解决方案。同时必须从成本最优的角

度仔细地分析和权衡不同晶圆技术(例如CMOS和BiCMOS)在技术和商业上的优势。例如，0.25um的CMOS工艺就比同等级的

BiCMOS工艺便宜近30%~50%，因为它需要的掩模和工艺步骤更少。

然而，选择最合适的技术在很大程度上取决于芯片架构和芯片的分割。很明显，对于单片集成来说，RF宏必须用与基带部分

相同的技术实现。因此，与技术相关的工艺参数必须同时满足这两种要求。例如技术的截止频率(fT)。从经验上来说，某种技

术的fT必须是不同构建模块需要处理的最高信号频率的十倍。过去几年中，CMOS技术的fT参数有了很大的改善，目前已经可

以用CMOS单芯片解决方案实现无线应用标准，GSM/GPRS单芯片是最新成果。

图

1

：

E-GOLDradio(GSM/GPRS

单芯片解决方案

)

芯片的系统方框图。

表

1

：

E-GOLDradio

芯片的主要功能。

E-GOLDradio采用130nm的bulk CMOS技术制造，可提供100GHz的特征频率以及近60GHz的最高工作频率，4GHz频率下集

成线圈的品质因素接近8。同时通过最多6层金属层(铜)以及一个潜在的MIMCAP器件可以实现高性能模拟构建模块。氧化物的

厚度为2.8nm。这种工艺在I/O电压适用性等方面有很大的灵活性，例如针对特殊的模拟和接口电路提供2.5V I/O域。还利用扩

散或多晶硅的方法实现电阻。从技术的角度来看，这些参数能针对所有现有蜂窝标准提供卓越的RF性能，并具有足够的余量

确保获得单芯片产品批量生产的稳定性。

避免和克服IC上的射频与数字部分的潜在串扰是单片RF与基带集成芯片面临的主要挑战。E-GOLDradio并没有利用特殊的技

术工艺来改善串扰性能，而是通过成熟的系统架构(包括IC、封装、PCB等)、成熟的设计方法以及慎重选择的版图之间的最优

组合来实现性能改善。

CMOS构建模块与电路设计构建模块与电路设计

在使用与数字设计相同的技术进行RF设计时，必须考虑到这种技术并没有针对“模拟”要求进行优化。用于RF设计的典型构建

模块，例如晶体管、电阻、电容和电感的射频和噪声性能对整个系统的行为和性能有很大的影响。一般来说需要特别注意

CMOS制造工艺的变化，特别是由于电路损伤和CMOS缺陷(如1/f噪声)对接收器和发射器行为造成的影响。因此必须采用专门

的设计措施来满足规范对GSM/GPRS RF参数的严格要求。不仅要在很宽的规定温度范围以及电压范围内、而且要在各种

CMOS制造工艺变化条件下达到并确保这些性能值。

E-GOLDradio收发器部分基本上是由一个用于Tx调制的∑-△ PLL和一个用于Rx的直接变频收发器组成。SMARTi-SD2是所选

择的整体架构的基础，它是一种独立的射频收发器，经过批量生产已经相当成熟。

选用的直接变频架构的主要优势之一是在某种频率偏移下不存在无用边带。考虑到交叉耦合效应，这些无用边带可能与已有的

其他伪信号混合，从而最终导致整个系统性能的降低。

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