GSM前端中下一代CMOS开关设计

早期手机设计采用环行器在发身与接收间双工通信。然而，若想用上述设计来支持多个频带，就需要多个环行器。这类铁氧体基设计使手机既体积大又价格昂贵。并且在某些场合下，由于环行器带宽太窄，根本不能正常工作。其它可供选择的方案有高频开关和滤波器组。它们同样存在成本或体积的问题。
GSM手机是在时间双工基础上工作的，自然前端最好采用只有开关的实施方案。这是因为双工滤波器的插入损耗比开关高得多，而且在目前，它还承受不了GSM的功率电平。GSM手机占有60%的手机销售份额，因此本文集中介绍GSM系统对开关的要求，并讨论各种固体开关技术。同时，其它标准的集成也值得一提，主要是GSM手机中UMTS（通用移动通信系统“下一代”全球通用手机）应用，它们需要使用附加的开关路径。
GSM前端难题
GSM手机的功能已得到极大的扩展，为了覆盖整个地球可支持多达4个不同的工作频带（见表1），形成4个发射路径和4个接收路径。考虑到相邻TX频带十分接近，用一个功放覆盖GSM850和GSM；另一个功放覆盖DCS和PCS。每个RX路径各用一个滤波器，通常是SAW滤波器，这样总计需6个路径。这类结构通常采用SP6T（单刀6掷）开关。相比之下，最简单的GSM手机仅工作在单个频带，只需SP2T开关。
由于开关功能处于手机的前端，它的插入损耗性能直接影响功放的有效PAE（功率放大效率）和系统NF（噪声值）。NF增加直接等于天线与LNA（低噪声放大器）间的插入损耗，而PAE降低则由下式给出：
PAE=PAE*10-IL/10
GSM功放工作在饱和方式，输出功率可达2W，PAE也很高，约为60%，由于手机的总消耗电流有一半来自功放，因此高效率对它的电池寿命是至关重要的。然而，高PAE又易受高插入损耗的不良前端体系结构的影响。例如，一个PAE为60%的放大器，基功放与天线间的插入损耗是1.5dB，那么它的有效APE仅为42.5%。开关电路中的任何附加电流消耗将进一步降低有效PAE。
众所周知，GSM手机的输出功率要求很高，达+33dBm