打通5G射頻前端任督二脈 MIPI第三代RFFE介面登場
2020-07-06Jim RossVictor WilkersonLalan Mishra
5G技術擁有比4G超過1,000倍的資料流量處理能力，勢必將為無線通訊開啟全新世代。這項技術不僅可提供更豐富又無處不在的沉浸式多媒體體驗，還將改變工業和汽車應用的通訊和控制方式。
自駕車革命已經準備好使用5G作為其支柱。透過搭配全新類型的物聯網(IoT)裝置，使用分散式無線感應和共享人工智慧(AI)，自駕車產業已開始駕馭5G的力量。5G無線技術的真正潛力遠超我們的想像。其應用範圍沒有極限。在5G無邊能力的背後潛藏著無線科技的複雜功能，而MIPI RF前端控制介面(MIPI RFFE)規格是關鍵推動力(圖1)。
對5G而言，幾乎沒有什麼比RF前端(RFFE)控制基礎架構更為重要。任何影片資料、任何應用程式資料(基本上以無線方式傳輸或接收的任何內容皆然)都仰賴RFFE來控制RF前端模組(FEM)或子系統，包含所有功率放大器、天線調諧器、濾波器、低雜訊放大器(LNA)、交換器等等，這些子系統均連結至數據機基頻和/或射頻積體電路(RFIC)收發機。
MIPI RFFE自2010年推出以來，已逐步取代了好幾代通常為點對點的專有獨立前端元件介面，從而簡化了日益複雜的RF前端設計、配置和整合。MIPI RF前端控制工作組在研發已於2020年5月推出的3.0版介面時，刻意將通訊協定簡化和最佳化，並高度專注於讓製造商能在不斷發展的5G時代中充分發揮現實世界裡的機會。
觸發器是關鍵
5G將帶來涉及上行和下行通訊的RF頻帶數量的爆炸性成長，並相應縮小RF封包間的子載波間距(SCS)。另一項不斷發展的需求，則是要縮短在各頻段和頻段組合間切換的延遲時間。傳統上RFFE主要是部署在手機中，但隨著5G的推出，無線通訊的控制需求也擴展到汽車、物聯網和其他使用案例上，這也影響了現況。有鑑於此，開發MIPI RFFE v3.0的目的在於讓使用案例不僅局限於行動裝置，並針對當今3GPP 5G標準中定義的更高計時精準度和更短延遲時間，滿足一些前所未有的需求。
為了因應5G的需求，在更短時間內完成動態配置更改，最新推出的v3.0為介面的觸發器提供了多項增強措施。各種觸發器可用於讓RF子系統能夠在極嚴時間控制下配置多部RF裝置，以及在一部從屬裝置內或跨多部裝置間同步暫存器設定變更：
・定時觸發器(Timed Trigger)：
可為無數使用中的載波聚合組態提供更嚴格的同步時間控制(圖2)。
讓多項控制功能可重新映射至特定的延伸觸發器(圖3)。
增加RF控制系統中可用的獨特觸發器的數量。延伸觸發器的數量在RFFE v3.0中有所增加，帶來比以往更加複雜的無線電基礎架構。
觸發器會交互作用，為5G不斷擴展的所有頻帶範圍快速設定並靈活地重新設定RF前端。舉例而言，對於連續(Back-to-back)觸發器操作，MIPI RFFE v3.0將計時精準度改善了20倍。如此一來，新版規格的設計目的便在於提升通量效率，減少封包延遲和錯誤，協助確保5G裝置能夠在關鍵顧客和商業功能的核心提供高效能RF功能。
此外，有了v3.0帶來的靈活度，設計系統時也能減少RF面板上的RFFE匯流排數量。介面的可映射觸發器會啟動動態重新映射，以觸發作業來處理隨著逐步增加的潛在RF頻帶數量而增加的上行和下行載波聚合組數量。頻道已經過最佳化，提升了裝置的使用率。另外，所有控制皆集中在單一匯流排內，插腳便被保留在主要基頻收發機上。由於需要協調的不同RFFE匯流排數量變少，軟體因此也可能獲得簡化，進而全面節省成本。
實際標準
5G的實踐是個過程，現今仍僅在非常早期的階段。MIPI RFFE v3.0推出的功能，目的在於讓RF系統設計師能夠把握5G帶來的第一個主要效益，也就是6GHz以下網路頻段的頻率範圍1(FR1)。v3.0讓人們能夠快速、靈活、半自動化和全面地控制多種獨立RFFE子系統，為主流RF市場提供了所需功能，推動當今5G部署的蓬勃發展。
v3.0也相容於先前的RFFE版本，因此系統設計師無需更改MIPI RFFE之實體層。
這是一項關鍵特色，因為RFFE規格廣受仰賴，市場上早有一個龐大的採用者和裝置生態系。RFFE確實已成為RF產業的明確主力。回顧2008年，MIPI RF前端控制工作組開始研發工作時，各裝置仍使用多種方法來管理前端。然多虧過去十年將MIPI RFFE作為中心實際標準，RF技術再也不是一盤散沙。 工作組會持續努力增加新功能，讓使用者社群脫穎而出，收穫益處。事實上，下一代RFFE規格已開始研發，以支援極具時效性的RF前端控制需求，配合5G的大規模多輸入多輸出(MIMO)、在毫米波(24.25GHz至56GHz)頻段中運行的5G新無線電(NR)頻率範圍2(FR2)以及全球正在進行的下一階段5G部署，做好充足準備。
附圖：圖1 5G手機射頻前端設計
圖2 定時觸發器操作概覽
・可映射觸發器(Mappable Trigger)：
圖3 可映射觸發器應用範例
・延伸觸發器(Extended Trigger)
資料來源：https://www.2cm.com.tw/2cm/zh-tw/tech/97EE654D60D24D2FB5CA11FC933F8B2D?fbclid=IwAR0o6Cgpz7ME1Z23M_MPZPJvDEAWEy6Dt0c9ACMc-y1S7d_OZ91EmNJ0-n0
低雜訊放大器設計方法 在 [問題] 低雜訊, Rail-to-Rail 放大器設計- 看板Electronics 的推薦與評價
最近又接到一個 Low-noise rail-to-rail opa 的設計需求。
對方要求 Input noise = 10nV/√Hz @ 1KHz,
Unit-gain bandwidth=3MHz
SR = 1V/μS
Single Power Supply = 3.0V
Supply Current = 100uA (typ.) 200uA (max.)
若製程選用 0.35um CMOS 的話，且不考慮 Chopper Stabilized 這個方法
請問大家還有其他的設計方法可以達成嗎？
還是要換製程？
平常很少接觸 Low-noise 這領域，想聽聽看各位前輩們的看法~
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