基于功能的集成可丰富手持终端的功能与接口

众多复杂的空中接口与晶片工艺技术以及高级应用处理给高级无线手持终端的集成带来了巨大的挑战。不过，新的晶片处理与设计技术能够把模拟和无线电子连同数字处理功能一起集成到CMOS。这些技术可实现基于功能的集成策略，从而克服基于技术集成本身的不足。这是一种设计人员此前从未遇到过的全新集成策略。

在过去十年中，无线电话设计人员依靠半导体行业的支持，通过不断提高设备集成已在小巧、精致的低成本无线手持终端中集成了越来越多的功能。总的来说，他们的集成策略是为适合特定功能的IC技术而量身定制的。高性能 BiCMOS、硅锗（SiGe）、甚至砷化镓均已成为无线设备的标准。模拟特性良好的高电压晶片工艺已经应用于模拟与电源管理领域。致密逻辑和专用存储器技术也已经用于数据处理功能。

这种基于技术的策略在整个二十世纪九十年代都能使无线设计人员感到得心应手，当时的大多数手持终端只具备单频道操作模式，一般为800～900MHz，部分也提供模拟（AMPS）和数字调制支持。到九十年代末期，尽管双频手持终端已经流行，但是支持多种多址技术的多模式手持终端开始浮出水面。今天的挑战已变成集成蓝牙、GPS、WLAN乃至多模式无线电子产品。随着支持越来越多的空中接口及与此相伴而来的复杂性，这些技术提供的应用带来了新一轮的高性能数据处理需求。

随着无线手持终端继续朝多媒体通讯应用方向发展，基于半导体技术等的集成策略还能继续挥洒自如吗？随着 OEM 厂商们利用细分的功能集开发更为丰富的产品，他们还能够依赖这种集成吗？基于技术的集成能够把我们带入真正片上系统（system-on-chip）无线手持终端的时代吗？本文将探讨这些问题，探讨基于技术集成的局限性，同时研究目前可行的替代集成方法：基于功能的集成。

当今的无线手持终端必须包含高性能无线电子，以便能够处理来自从800MHz GSM信号到支持蓝牙与无线广域网（WLAN）的2.4GHz工业、科研及医疗无线频道的信号。

系统要求

手持终端中的电源管理电子路必须提供几倍于电池电压的高电压支持，这样就不会在充电期间出现损坏。模拟电子路需要提供高质量音频信道以及无线信道信号的A/D及D/A转换。另外还需要超高性能逻辑和致密存储器，以便处理基带信号，支持运行协议软件并处理用户应用，如：游戏、视频、音乐以及定位服务。

从晶片工艺的角度而言，似乎最直接的方法就是采用诸如晶片工艺技术等把所有设备一股脑集成到通用的集成电路。这种方法的产物很显然是：采用SiGe工艺、提供多频道、多模式无线支持的无线接口IC；模拟CMOS中为整个系统提供模拟及电源管理支持的模拟/电源管理IC；以及提供处理器、逻辑及存储器等以便满足全系统需求的大型逻辑功能。

这也正是过去几年无线手持终端设计人员和芯片制造商所走过的路。但是，随着我们不断前进，这种策略出现内在局限性，使其变得不合时宜。

首先，它需要大量介于IC间的接口，以容纳信号路由。另外，没有任何创新，这包括靠近无线前端的逻辑处理，能够降低功率或减少外部无源设备，因为无线、模拟、电源管理和逻辑已经被分割到不同的IC。

对于OEM厂商来说，方法缺乏灵活性就意味着巨大缺陷。例如，由于无线设备依赖晶片技术，集成所有无线设备事实上就是把固定功能集成到每个手持终端。如要生产功能有限的低端手持终端――如：带GSM和蓝牙功能，但是不带WLAN的设备――就需要开发人员避开设备上提供的无线设备。不仅如此，当新兴技术要求 OEM 厂商增加无线设备以保持竞争力时，还会出现更大的缺陷。许多情况下，随着事情的发展，会要求重新设计整个系统，而不仅仅是集成的无线IC。

这种策略的最大缺陷可能在于其不可避免地会把集成带入死胡同。随着向真正片上系统方面的不断发展，不兼容的晶片技术根本就不允许进一步的集成。这就需要对主系统进行大检查，以便将器件从一个晶片技术移植到另一晶片技术，这样可以在同一设备上提供无线、逻辑、存储、模拟和电源管理支持以及数据处理。

克服这些局限性就需要与众多半导体设计人员所采用的集成策略完全不同的新的集成策略。

功能集成

最有希望的方法是在COMS硅中集成特定功能所需要的全部操作。例如，其中包含全部模拟基带与RF功能的一个完整四频带通用分组无线业务收发机可以被集成到单个芯片上。一个GSM模块包含GSM操作所需要的所有无线、逻辑、A/D和D/A转换器以及其他功能。类似，利用单芯片解决方案也可提供蓝牙、WLAN以及GPS支持。

这种方法的集成可提供巨大的优势。首先，其克服了基于技术的策略中固有的接口复杂性和电源管理问题。在每个IC中，逻辑和无线功能非常接近，因此数字处理的优势就可以应用到无线，从而降低其功率与面积。所有信号接口连同信号处理链都包含在每个IC中。IC的引脚计数合情合理，而且只有很少几个敏感的外部节点。

由于功能完全包含在单个IC中，因此产品供应是模块化的。在无需不必要成本和浪费任何功能的情况下就可实现各种手持终端配置。每个设计中只包含所需要的功能。

可以在出现有保证的大量市场时通过例行方式实现下一步集成，即将功能集成IC融合到完整的系统IC中。一旦支持CMOS功能集成所需的技术已经到位，就不再需要任何新的基本技术。

基于通用功能集成手持终端电子设备的主要挑战在于开发能高效实现此类高级集成的晶片工艺技术与电路技术。晶片标线计数必须与基线逻辑CMOS非常接近，才能避免过高的晶片成本。同时，电路技术必须充分利用CMOS逻辑功能来满足模拟和RF性能要求。这是不能小觑的挑战，因为确切的说，必须要详细处理几百个无线性能要求。

不过，最近的电路设计创新――0.13微米晶片处理及系统架构――已经可以实现这种集成。电源、性能和成本都有利于当今市场多IC的实施。

凭借基于功能的集成，将会很快实现众多可提供空中接口和用户功能不同组合的手持终端。随着电子产品集成的不断发展进步，将会为在单个硅IC上进一步集成全面融合的功能找到大规模市场。