Interfaccia di controllo del front-end RF (RFFE) negli smartphone

Cos'è l'RFFE (RF Front End Control Inferface)?

L'RFFE è un'interfaccia a due fili per il controllo dei sottosistemi front-end a radiofrequenza, che utilizza CMOS E/A single-ended non terminati per ridurre la potenza. L'interfaccia può includere fino a 19 componenti (amplificatori, LNA, sintonizzatori d'antenna, filtri e interruttori) per istanza di bus, compresa la loro alimentazione.

Dove viene utilizzato un front-end RF nei dispositivi mobili?

Nei dispositivi mobili attuali, c'è una sofisticata circuiteria che si occupa di convertire le informazioni dai segnali a banda di frequenza quasi zero utilizzati per trasmettere informazioni e dati in segnali radio che possono essere ricevuti o trasmessi via etere. Questi compiti sono svolti dal front-end RF.

Quali compiti svolge l'RFFE nei dispositivi mobili?

L'RF Front End (RFEE) deve elaborare i dati giusti al momento giusto con le informazioni giuste e trasmettere con la banda giusta al giusto livello di potenza. In uno smartphone moderno, ci sono più antenne per trasmettere e ricevere i segnali. A seconda della tecnologia, possono esserci 6 o più antenne (3G, 4G, 5G, WIFI, GPS...)! Per ogni antenna deve esserci un percorso di trasmissione o ricezione che trasmetta il segnale dall'antenna al modello. Questi percorsi si chiamano "piazzole di segnale RF" o "catene RF". Più antenne aggiungi all'unità, più catene RF ti serviranno. Ogni catena RF richiede un certo numero di componenti per elaborare il segnale e tutti questi componenti e il modo in cui interagiscono con le antenne e con il modem devono essere compresi nel dettaglio.

Come funziona il front-end RF in un ricevitore radio convenzionale?

Diamo un'occhiata più da vicino al front-end RF di un circuito di un ricevitore radio per vedere quali compiti svolge. Il front-end RF è il nome generico di tutti i circuiti che si trovano tra l'ingresso dell'antenna del ricevitore e lo stadio del mixer. Per la maggior parte delle architetture, il front-end RF è composto da:

Un filtro RF (che in realtà è un filtro passa-banda) riceve il segnale elettromagnetico dall'antenna. Il suo compito è quello di rimuovere la frequenza dell'immagine e di evitare che forti segnali fuori banda saturino gli stadi di ingresso.
Un amplificatore RF che amplifica i segnali deboli senza rumore
Un oscillatore locale che produce un segnale stabile ad alta frequenza vicino al segnale di ingresso
Un mixer che produce un segnale a una specifica frequenza desiderata "mescolando" il segnale delle onde EM proveniente dall'antenna con il segnale dell'oscillatore locale.

Come funzionano i front-end RF nei telefoni cellulari?

Nei telefoni cellulari, la frequenza (detta anche frequenza intermedia) generata dal mixer viene digitalizzata, campionata e convertita in forma digitale binaria. Il resto dell'elaborazione è affidato ai filtri digitali, che sono più piccoli, consumano meno energia e possono avere una maggiore selettività.

Quali sono le sfide nello sviluppo di questi front-end RF per i telefoni cellulari?

Ogni catena RF necessita di una serie di componenti per elaborare il segnale. Nel caso dei telefoni cellulari e delle cornette, le sfide sono molteplici a causa del numero di antenne:

I diversi segnali, che non devono interferire l'uno con l'altro
Selezionare o progettare i componenti giusti per ogni parte delle catene RF
I progettisti devono pensare a come progettare sistemi che supportino l'architettura delle comunicazioni del futuro!

Quali produttori offrono soluzioni RFFE per i dispositivi mobili?

Numerosi produttori offrono soluzioni adatte a smartphone e simili, tra cui Qualcomm, NXP, ecc. Un esempio è il portafoglio Advanced RF WLAN11ax di NXP.

I dispositivi 5G avanzati hanno requisiti elevati in termini di prestazioni, integrazione, dimensioni e capacità di connessione Wi-Fi 6. La soluzione RFFE di NXP è altamente integrata e densamente confezionata in un pacchetto di 3 mm x 4 mm. È stata progettata con funzionalità Wi-Fi 6 per supportare dispositivi informatici portatili avanzati, tra cui gli smartphone 5G di alta gamma, e consentire capacità 2x2 MIMO con le massime prestazioni. La soluzione RFFE compatta e ad alte prestazioni di NXP può abbreviare i tempi di progettazione e ridurre significativamente il time-to-market per i produttori di apparecchiature originali (OEM).il portafoglio WLAN11ax ad alte prestazioni di NXP aiuta i clienti a soddisfare la crescente esigenza di maggiore larghezza di banda, fornendo sia la banda a 2,4 GHz che quella a 5 GHz, conformi allo standard 802.11ax. NXP offre un portafoglio flessibile che abbraccia queste specifiche. NXP offre il supporto MIMO (2x2 Multiple Input Multiple Output) per le applicazioni IEEE802.11a / n / ac / ax.

Evoluzione e futuro dell'interfaccia RFFE

In vista del 5G, che porterà sempre più antenne nei dispositivi, è importante che l'RFFE si evolva! L'ultima versione, MIPI RFFE v3.0, è stata sviluppata per offrire una precisione di temporizzazione più accurata e una latenza ridotta, necessarie per guidare il rollout del 5G in tutto il mondo. La nuova versione ottimizza e mette a punto l'interfaccia per consentire cambiamenti di configurazione più rapidi e dinamici all'interno e tra i sottosistemi RFFE e per fornire le funzioni specifiche richieste per la gamma di frequenza 1 (FR1) delle bande mobili tradizionali sotto i 6 GHz. Negli ultimi anni sono state introdotte diverse nuove tecnologie che promettono di rivoluzionare la tecnologia.

Tra queste c'è il nuovo standard radio 5G, che prevede velocità di trasmissione dati e capacità di trasmissione molto più elevate e latenze molto basse. il 5G dovrebbe funzionare su molte più bande di frequenza rispetto ai suoi predecessori. Il sottosistema RF è di conseguenza complesso. La nuova versione RFFE 3.0 pubblicata da MIPI offre funzioni di trigger ottimizzate e un controllo front-end semplificato, che dovrebbero migliorare le prestazioni dell'interfaccia radio 5G e rendere più semplice l'implementazione del 5G nei propri progetti.

Affinché i componenti e i blocchi funzionali all'interno del modulo front-end a radiofrequenza (RF-FEM) lavorino meglio insieme, la MIPI Alliance ha rivisto ampiamente la specifica "Radio Frequency Front End Control Interface" (MIPI RFFE). In futuro, l'intero controllo dell'HF-FEM avverrà tramite un unico bus. L'interfaccia radio è un componente fondamentale di qualsiasi tecnologia radio mobile.