目前絕大多數的2G和2.5G蜂窩網都工作在RF頻譜中的四個頻段。由于這四個頻段是全球統一規劃的，這就意味著如果某個用戶攜帶他的手機到其他國家，手機的RF部分就很可能工作在不同的頻段或頻率上。這就需要手機設計提供多路開關和一些關鍵器件的并行配置，如功率放大器（PA）和聲表面波（SAW）濾波器。但由于技術的成熟度和2G市場的容量，還有先進的分組技術以及集成的IC收發器設計，這些并行設計可使這類手機的成本和體積的增加減至最小。

圖1所示為典型的四頻段GSM收發器的設計架構。通過集成，在信號鏈路上只需以下三片主要器件：1. 多帶PA和集成開關模塊；2. 四頻段Rx SAW濾波器組；3. 硅收發器。

3G的情況與所討論的以前的蜂窩系統有點類似。一開始分配給UMTS 3G系統的頻譜是第一頻段。這種情況下，所需的RF前端相對簡單，可以使用外部濾波器，從而不需要太大的成本和PCB面積的開銷。但是，由于不同地區和規定的限制，以及新頻譜的許可，使得目前全球共有10個頻段分配給3G網絡，不過這些頻段中部分存在交疊。現在2G網絡的用戶都能想到在外出旅游時能夠繼續使用他們的手機，那么3G用戶當然也期望如此。這對于高端用戶尤其重要，無論是數據業務還是語音業務都是如此，因為這些用戶通常是商業用戶并且是3G技術的早期用戶。因此，需要更具成本效益的多頻段收發器設計。圖2所示為目前的頻段分配圖。一部典型的多頻段手機目前應該能夠具有覆蓋所有三個頻段的能力，即一個低頻段和兩個高頻段。

實現所期望的多頻段功能的最簡單的方法是采用目前的單頻段收發器設計方案，即并行設置幾個前端模塊。射頻收發器電路極其相似，只是需要對外部匹配和RF濾波器進行專門設計以適應于手機所需的工作頻段。利用仔細的頻率規劃、寬帶PLL系統，以及亞微米CMOS工藝的高集成度，就可以很好地實現這種方案。但是，考慮到芯片成本、集成度、外部元器件數量以及RF收發器所占的PCB面積等因素，這種方案不是理想方案。圖3所示的就是這類方案的一個實際例子，只是為了簡化而去掉了GSM部分。

圖1：僅利用3只器件的四頻段GSM收發器的實例。

圖2：3GPP頻段頻率分配圖。

圖3：利用單頻段設計組合實現的3G多頻段收發器前端實例。

Othello-3系列的3G收發器采用了大膽的處理架構，在這種架構中掃清了與前端集成相關的各種障礙。其中最大的障礙就是需要外接濾波器，因為濾波器限定了某工作頻段的輸入和輸出頻率范圍。在WCDMA這樣的全雙工系統中，發射機和接收機同時工作，故在天線那里始終需要一個雙工濾波器，其目的是防止大功率的發射信號降低高靈敏度接收機的性能。但是由于電路的限制，對于前端設計來說，通常需要在各個發射和接收通道上設計額外的分離器件濾波器，如圖3所示。

發射機架構

一個常見的超外差發射機架構如圖4所示。

圖4：超外差發射機架構。

濾波后的I/Q基帶輸入信號與正交的本振信號（LO）混頻，然后產生一個恒定的中頻（IF）信號，該中頻頻率通常位于兆赫級的低到中段。由于這是一個混合信號，故需要對其進行濾波，去除寄生信號，本振信號以及諧波信號。再通過與一個可變頻率振蕩器進行二次混頻，形成最終的所需信道所要求的RF輸出信號。增益控制被分配在不同部分。不過要想濾除無用的頻率，并確保滿足接收機頻段所需的噪聲和諧波指標，使用一個外部的SAW濾波器能夠極大地緩解集成Tx通道的設計需求。經過濾波的帶限單端輸出信號被送到PA和雙工器，從而完成了前端發射鏈。

Othello-3系列的3G收發器采用的是直接變頻或“零外差”發射機架構，在這種架構中，正交的基帶信號被直接上變頻到RF載波。這就省去了二次混頻，并省去了相關的RF寄生和各種無用頻率的濾波電路，使得去掉外部的濾波器變為可能。不過，由于沒有Tx濾波器衰減，需要考慮其它方面的事情，主要是如前所述的接收機頻段的噪聲電平。

為了解決這一問題，Othello-3系列產品包括了一個特色的調制器核設計，該設計中省去了LO通道的噪聲源，而傳統上該噪聲源是遠離載波（例如接收機頻段）的各頻率上的主要調制噪聲。Othello-3的86dB的增益控制也被肢解集成到調制器核內，從而省去了信號通道上的額外電路，從而減小了相關的噪聲貢獻。低噪聲設計技術貫穿整個發射機設計的各個部分，因而無需額外的濾波就可以直接滿足帶外噪聲要求。這確保了在所有工作條件下性能最佳。校準全部是自校準而無需用戶輸入。調制器電路普遍來說與所有IC設計一樣，都采用全差分信號處理，然而，Othello-3還帶有一個巴倫，單端輸出阻抗為50歐，可以直接送往PA模塊，而不需要外部的匹配原件。

Othello-3發射通道還提供了優異的誤差矢量幅度（EVM）和相鄰信道泄漏比（ACLR）性能。省去了發射通道上的外部SAW濾波器大大減少了材料成本和PCB面積，并為多頻段PA集成鋪平了道路，正如GSM市場上所見的那樣，一片PA封裝內可以包括所有四個頻段。

直接變頻接收機

用在所有Othello收發器上的直接變頻接收機架構，是一種優異的和經驗證的收發器架構，其原因是其高集成度。在GSM接收機中，整個接收信號鏈都可以被集成。對于發射機信號泄漏到接收機是個問題的3G系統來說，以前需要采用級間濾波器，如圖3所示。這就減小了關鍵的混頻級以前的發射信號泄漏。在低噪聲放大器（LNA）之后設置一個SAW濾波器，要確保濾波器損耗不能影響接收機靈敏度，不過這確是集成的一個障礙。

Othello-3包含三個LNA模塊，兩個適用于高頻段，一個用于低頻段。每個LNA有一個單端輸入，可以容易地與各自的雙工濾波器匹配。每個LNA包括一個最佳帶通響應，以減小帶外信號的電平以及發射機信號到混頻級的泄露。Othello-3還采用了高線性度混頻器設計，從而不需要外部級間濾波器，如圖5所示。接收機增益控制被最佳分配到RF信號鏈和基帶處理的各級上。為了方便增益的可編程和校準，Othello-3包括集成在內部的增益分配邏輯。基帶只需要往芯片中寫入一個單增益字，就可以自動實現最大動態范圍條件下的最佳增益分配。

圖5：去掉了外部濾波器的AD6551前端架構。

上面所述的例子說明了3G RF器件的集成，而供應商還在試制天線開關模塊，其中包含所有的前端模式和帶有GSM Rx SAW濾波器組的集成波段開關。

ADI Othello-3收發器目前由AD6551組成，最適用于WCDMA 3G手機，而AD6552適用于3G TD-SCDMA模式。這兩款器件都可用于3GPP版本5以及HSDPA工作模式。

本文小結

目前的單模式2G手機，只利用3個主要的芯片封裝，就可以實現整個四頻段射頻方案。該方案具有最小的空間并且具有所需的設計功能。初期的3G手機被限制到單頻段模式，依賴于外部濾波器來滿足指標，但這種架構對于多頻段手機設計方案來講，無論是尺寸還是成本上都不是最佳的選擇。Othello-3省去了外部濾波器，從而使得在目前的3G收發器設計中能夠實現前端器件和PA的進一步集成。隨著集成技術和開關設計方面的進展，越來越多的前端器件可以逐步被集成，但利用Othello-3這樣的收發器，可以實現全部優化的多模架構。