WLAN方案供应商为手持设备度身打造小尺寸芯片组

为了推动Wi-Fi在除笔记本电脑外其它设备中的应用,Broadcom与飞利浦半导体公司将发布支持在PDA和便携式消费电子中实现此种无线连接的芯片解决方案。这两家公司能否成功将主要取决于他们的方案如何在功耗、成本、占位面积与易集成性之间取得平衡。

此外,业界将拿这两家公司提供的产品与Atheros通信公司发布的第4代双芯片802.11a/b/g方案进行比较。该芯片组在空闲模式下的功耗为4 mW,它采用新颖的信号处理技术,使接收机的灵敏度下降到蜂窝通信的范围(-105dBm)。

Atheros公司首席执行官Craig Barratt指出,WLAN芯片组的典型灵敏度在-92dBm左右。例如当数据速率为11Mbps时,Broadcom芯片的额定灵敏度是-82dBm,而飞利浦产品是-84dBm。当数据速率为1Mbps时,Broadcom规定的灵敏度是-93dBm。

“目前,所有WLAN器件供应商都把目光瞄准PC,这限制了市场的扩张。”Broadcom公司技术和产品规划部总监Mike Medina表示。“现在,许多公司正设法把WLAN集成到大家从来没有想过需要无线连接的设备中,但从硬件和软件方面来考虑,这需要相当复杂的集成工艺。此外,对于嵌入式WLAN,供应商还必须减小器件尺寸,并降低功耗和总材料成本。”

Broadcom公司新发布的BCM4317单芯片802.11b无线解决方案被称为OneChip,它采用与该公司前一代WLAN芯片相同的0.18微米CMOS工艺,集成了Broadcom的BCM4301 802.11b基带和媒体存取控制器(MAC)、BCM2051前端和一个自主开发的CMOS功率放大器,同时还集成了分集开关、带通开关、发射/接收开关和其它元件。

Medina表示,OneChip只需使用两个外部低通滤波器,从而将一个完整的Wi-Fi miniPCI无线网卡所需的器件由200个大幅削减到30个,并将待机功耗从600mW削减到6mW。“一个完整的802.11b模块只需10美元的成本。”他说,“而且,这样的完整解决方案可以在一个占位面积为14.8×26.5mm (392mm²)的SDIO卡上实现。” Broadcom已经向其选择的客户提供OneChip的样片,并定于2004年大批量供货。

单芯片vs.双芯片

飞利浦半导体认为单芯片的概念被夸大了。“客户应该关注总的材料成本和无线系统的复杂度。”飞利浦公司副总裁Paul Marino表示。

飞利浦的双芯片解决方案包括一个采用该公司成熟的0.5微米QuBIC 3 BiCMOS工艺制造的RF前端器件和一个采用0.18微米CMOS工艺制造的SA2443基带/MAC芯片。RF部分将该公司的SA2405收发器、SA2411功放、天线开关以及所有需要的滤波器都整合在一个系统级封装中。

飞利浦的芯片组只需26个外部元件就可以组成一个完整的系统,占位面积为300mm² (大约比OneChip小100mm²),待机模式下的功耗为3mW(只有OneChip的一半),Marino表示。不过,当批量为1万片时,它的单价是12美元,比OneChip多2美元,而且该芯片组在2004年第一季度才可以交货。

功率问题

集成式CMOS 功放的功率处理能力一直受到质疑,但Medina声称OneChip的输出达到了13dBm,而且可以与笔记本电脑中的竞争方案相媲美。在这种输出水平,OneChip的功耗为500mW,比前一代产品的950mW要低很多。“笔记本电脑制造商认为产品的输出必须达到15dBm的峰值。事实上,输出功率在天线子系统会损失2到3dB,因此实际功率是12或13dBm。”Medina指出,“手持设备由于外型更紧凑、传输距离更短,所以它们的天线损耗小于0.5dB,因此天线的实际输出功率近似于笔记本电脑。”

采用SA2411功放时,飞利浦解决方案的输出功率为19.5dBm,功耗为821mW。不过,由于采用了系统级封装,这个功放是可以省去的。相反,设计师可以选用SA2405收发器片上的一款低功耗功放。“它的输出为8dBm,但此时该芯片组的功耗只有500mW。”飞利浦公司WLAN产品线经理Julie Tipton表示。

虽然WLAN芯片组在笔记本电脑中通常只消耗很小一部分的电池能量,但在电源受限的手持和便携式电子设备中这一比例急剧上升,因此Broadcom与飞利浦公司对于功耗参数特别关注,并采用了类似的技术。

“我们的方法是当任何器件不被使用时就把它关闭。”Broadcom公司的Medina表示。这样的设计采用了选通时钟等技术。“在睡眠模式下,器件的电流只有0.6mA,但每隔100ms会唤醒1.5ms,以便从接入点获取信号。这时需要消耗180mA电流,因此我们的待机功率为6mW。”他说。Broadcom公司之前的设计方案在待机模式下需要消耗600mW。

芯片组的内核电压为1.8V,I/O和功放的工作电压为3.3V。OneChip可以减少87%的元器件数量,Broadcom表示。“这不仅减少了整个占位面积,而且意味着更少的缺陷、更快的测试、更小的变异性和更高的可靠性。”Medina说。

目前,Broadcom提供三种基于OneChip的参考平台,分别是:BCM4317CF(CompactFlash模块)、BCM4317SD(SDIO模块)和BCM4317SDBT(带蓝牙的SDIO模块)。

作者:柏万宁