集成电路板解决方案

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集成电路板解决方案范文第1篇

这两种分布式供电方案各有长处，也各有它的缺点。如果电路板上主要的负载需要3.3 V的工作电压，而且在整个电路板上有多处需要3.3 V，在这种情况下，一般是采用母线电压为3.3 V的分布式供电系统。之所以采用这个方案通常是为了减少电路板上两级电压转换的数量，从而提高输出功率最大的电源的效率。但是，在使用母线电压为3.3 V的分布式供电系统时，它还为每个负载点变换器供给电力。这些负载点变换器产生其他负载所需要的工作电压。另一个问题是，3.3 V输出需要在电路中使用一只控制顺序的FET晶体管。在线路卡上，大多数工作电压需要对接通电源和切断电源的顺序加以控制。 在这种分布式系统中，只能用电路中的顺序控制FET晶体管来进行控制。因为在隔离式转换器中，没有对输出电压的上升速度进行控制。在电路中的顺序控制FET晶体管只是在启动和切断电源时才用得上。在其他时间，这些FET晶体管存在直流损失，会影响效率，增加了元件数量，也提高了成本。由于工作电压一年一年地在下降，在将来，工作电压将下降到2.5 V。在电路板上功率同样大的情况下，电流增大32 %，在配电方面的损失增大74 %左右。电路板上所有其他的工作电压。在电路板上往往有其他输出电压都要由3.3 V的母线电压经过变换得到。往往需要几个负载点输出电压，每个输出电压可以使用高频开关型直流/直流转换器来产生。负载点转换器的高频开关会产生噪音，噪音会进入3.3 V输入线路。由于3.3 V是直接为负载供电的，所以需要很好的滤波器来保护 3.3 V的负载。专用集成电路（ASIC）是用3.3V母线电压供电的，它对噪音十分敏感，如果输入电压没有很好地滤波，有可能会损坏ASIC。ASIC的价钱很高，当然极不希望出现这样的事。如果电路板上需要很大功率，而且电路板上没有那一种电压的负载是占主要的，在这种情况下，一般是采用12V 分布式供电系统。采用这个方案时，在功率相同的情况下，由于电流较小，配电的损失降低了。对于这种供电方案，所有的工作电压都是用负载点转换器来产生的。 在偏重于使用负载点转换器的情况下，用12 V的分布式供电系统实现就容易得多。也可以用电路中的顺序控制FET晶体管来控制负载点接通电源和切断电源的顺序，其中有一些可以由负载点本身来控制，这时就不需要控制顺序的FET晶体管，也减少了直流损失。在市场上现在可以买到的输出电压为12 V的模块，一般是功能齐全的砖块型转换器，它提供经过稳压的12 V输出电压。 在砖块型12 V转换器中有反馈，通过一只光耦合器把反馈信号送回到转换器的原边。砖块型12 V转换器的有效值电流很大，次级需要额定电压为40 V至100 V的FET晶体管，额定电压较高的FET晶体管的Rds(on)高于额定电压较低的FET晶体管的Rds(on)，因而转换器的效率比较低──如果平均输出电较低的话就可以用额定电压较低的FET晶体管。在给定输出功率的情况下，具有稳压作用的砖块型转换器往往相当贵，而且体积大，因为在模块内有相当多的元件。使用分布式的12 V母线电压时，也会略微降低负载点转换器的效率，因为输入电压直接影响负载点转换器的开关损生。

如图2所示，在电路板上进行配电，最好的方法是使用一个在3.3 V与12 V之间的中间电压。在使用两级功率转换的情况下，这个中间母线电压不需要严格地进行稳压。新型负载点转换器的输入电压范围很宽，这就是说，产生中间母线电压的隔离式转换器可以用比较简单的方法来实现。对于负载点转换器来讲，最优的输入电压介于6 V至8 V之间，这时，功率损失最小。就两级转换的优化而言，这是最好的办法，尤其是对于功率为 150 W的系统。结果我们可以在很小的面积中、用数量很少的元件，设计出一个高效率的隔离式转换器。功能齐全的砖块型转换器使用的元件数量高达五十个还要多，整个设计不必要地变得十分复杂。如果把输出电压稳压电路去掉，可以大量地减少模块中的元件数量。直流母线电压转换器使用隔离式转换器，它工作在占空比为50 %的状态，因而可以使用比较简单、自行驱动的次级同步整流器，最大程度地提高了功率转换的效率，也最大程度地减轻了对输入电压和输出电压滤波的要求，而且还提高了可靠性。

用于电路板的两级功率转换的未来发展

直流母线电压转器是把48 V输入变成中间母线电压的新方法。中间母线电压为负载点转换器供电。做一个隔离式转换器并不难，它是开环的，占空比固定为50 %，把48 V输入电压变为 8 V的中间母线电压。它使用变比为3:1的变压器，再通过初级半桥整流器得到输入电压与输出电压的比为6：1。由于现在有了作为第二级的负载点转换器解决方案，例如 iPOWIRTM 技术，它的输入电压范围很宽，所以对于48 V系统来讲，这个方法极有吸引力，它也可以用于输入电压变化范围很宽的系统（36 V 至75 V）。 当输入电压在很宽范围变化时，输出电压也以同样的比率变化，所以如果输入电压在36 V至75　V的范围变化，输出电压的变化范围就是6 V至12 V。直流母线转换器作为前端电路加上作为第二级的iPOWIRTM，便构成高效率的两级功率转换方案。直流母线转换电路的效率最高、占的空间最小，在功率密度方面是最好的，大量地减少了元件数量，因而有利于降低总成本。这个方案对输入滤波和输出滤波的要求也是最低的，所以可以进一步减少电容器和其他元件。这种电源系统的控制、监控、同步以及顺序控制都大大地简化了。图3是直流母转换器设计的例子，其中使用了很有创意的新技术，因而可以达到这样的性能。如图4所示，可以利用直流母线转换器解决方案来实现两级供电系统。直流母线转换器芯片组四周是原边半桥整流器控制器和驱动器集成电路和MOSFET技术，正是由于这个芯片组，才能达到这样的性能。

IR2085S是一种新的控制器集成电路，是针对用于电路板上48 V两级配电系统的非稳压型隔离式直流母线电压转换器而研制的。控制器是针对性能、简单、成本进行了优化的。它把一个占空比为50 %的时钟与100 V、1 A的半桥整流器驱动器集成电路整合在一起，装在一个SO-8封装中。它的频率和死区时间可以在外面进行调节，满足各种应用的要求。它还有限制电流的功能。为了限制接通电源时突然增大的电流，在IR2085S里面有软启动功能，它控制占空比，由零慢慢地增加到50 %。在软启动过程中，一般持续2000个栅极驱动信号脉冲这么长时间。在 48 V的直流母线电压转换器演示板上有新的控制器集成电路与原边的低电荷MOSFET晶体管，以及副边的低导通电阻、热性能提高了的MOSFET，它们配合在一起工作，在输出电压为8 V时可以提供150 W功率，效率超过96 %，如图3所示，它的尺寸比1/8砖转换器的外形尺寸还要小。与安装在电路板上、具有稳压作用的常规功率转换器相比，它的效率高3~5%，尺寸小40 %。有一种类似的方法可以用于全桥整流直流母线转换器，它使用新的IR2085S，输出功率达到240 W，尺寸也相似，在输出电流满载时的效率大约为96.4 %。图5是直流母线电压转换器的电路图，在这个电路中，原边使用控制器和驱动器集成电路IR2085S，它推动两只 IRF7493 型FET晶体管───这是新一代低电荷、80 V的n型沟道MOSFET功率晶体管，它采用SO-8封装。在输入电压为36 V至75 V时，这只 FET 晶体管可以换成100V的IRF7495FET 晶体管。在启动时，原边的偏置电压是由一只线性稳压器产生，在稳态时，则由变压器产生原边偏置电压。IRF7380中包含两个80V的 n型沟道 MOSFET功率晶体管，采用SO-8封装，就是用于在稳态时产生原边偏置电压。 IRF6612或者 IRF6618──这是使用DirectFET封装的新型30V、 n型沟道 MOSFET功率晶体管，可以用于副边的自驱动同步整流电路。

DirectFET 半导体封装技术实际上消除了MOSFET晶体管的封装电阻，最大程度地提高了电路的效率，处于导通状态时的总电阻很小。利用DirectFET 封装技术，它到印刷电路板的热阻极小，大约是1°C/W，DirectFET器件的半导体结至顶部（外壳）的热阻大约是 1.4°C/W。 IRF6612 或者IRF6618的栅极驱动电压限制在最优的数值7.5V ，与包含两个 30V、使用 SO-8 封装的MOSFET晶体管IRF9956一样。副边的偏置电路是为了把两个直流母线转换器的输出并联起来，而它们的输入电压是不同的，而且在其中一个输入出现短路或者切断的情况下，仍然可以连续地提供输出功率。

功率为150W 的直流母线转换器的尺寸可以做到是1.95 × 0.85英寸，比符合工业标准的1/8砖还小，1/8砖的标准尺寸是2.30 × 0.90英寸，小了25%。有一些功能齐全的解决方案现在有尺寸为1/4砖的产品，它的标准尺寸是2.30 × 1.45英寸，如果使用直流母线转换器，可节省空间53%。如图6所示，在尺寸这么小的空间里，在功率为150 W时，直流母线转换器芯片组的效率高达96%左右。

为了让大家看到直流母线电压器的优异性能，我们选择原边开关频率为220 kHz。使用较高的开关频率，可以减少输出电压的脉动，而且，由于磁通密降低了，可以使用比较小的磁性元件。变压器的磁芯比较小，损耗也降低了。但是，由于开关频率较高，增加了原边和副边的开关损失，因而降低了整个电路的效率。磁通不平衡是桥式电路的一个问题，为了防止磁通不平衡，高压边和低压边的脉冲宽度之差不到25 ns。针对不同的应用、不同的输出功率和不同的开关器件，频率以及驱动半桥整流电路的低压边脉冲和高压边脉冲之间的死区时间是可以调节的，这是利用外面的定时电容器来实现的。

在两级分布式供电系统中，直流母线转换器是前置级。在对作为第二级的非隔离式负载点转换器进行优化时，也有许多独特的问题需要考虑到。在主要关注的是电路板的空间以及设计的复杂程度的情况下，与完整的模块或完全用分立元件的设计比较，使用嵌入式功能块的设计有很多优点。如图4所示，设计人员可以利用新的iPOWIRTM iP1202功能块周围的那些外部元件，很快地而且很容易地制造一个高性能的两路输出的两相同步降压转换器，为几个负载供电。除了设计人员可以更容易地进行设计，与使用分立元件的同类设计相比，这种使用功能块的设计可以为电脑板节省空间50 %，同时大大地缩短设计时间。

供工程师使用的这些器件是百分之百经过测试、性能是有保证的，而且用这种器件时，电路板的设计不像使用分立元件进行设计时那么复杂。用分立元件进行设计时，这些是不可能做到的。

此外，它的转换效率很高，而且十分灵活，可以很容易地用它为需要不同电压的其他负载供电。

简单的解决方案

为了提供能够解决上述问题的解决方案，并且还具所需要的功能，国际整流器公司把它先进的iPOWIR 封装技术用于制造一种　集成功能块。国际整流器公司运用它在功率系统设计和芯片组方面的专业知识，把 PWM 控制器和驱动器以及相应的控制MOSFET开关和同步MOSFET 开关、肖特基二极管和输入旁通电容器都整合在一个封装之中。为了提高性能，在这单一封装的模块中，功率元件匹配得很好，电路的布置进行了最优化设计。得到的结果是，这个器件可以当作基本功能块用于设计高性能的两路同步降压转换器。在完整的两路输出电源所需要的外部元件是输出电感器、输出电容器、输入电容器（图7a），加上几只其他的无源元件。因为内部电路是与固定频率的电压型控制信号同步的，可以很容易地把两路输出并联起来作为一路电压输出，而输出供电流的能力则增大一倍（图7b）。

在单输出或者并联输出的电路中，使用相位相差 180°的工作方式，脉动的频率提高了，它的优点是，可以减少外部元件的数量和尺寸。 iP1202可以直接由直流母线转换器的输出电压供给电力，外面不需要偏置电路，又进一步减少了外部元件，也降低了设计的复杂程度。新的功能块的尺寸是9.25 mm × 15.5 mm × 2.6 mm ，可以为设计人员节省十分宝贵的电路板空间，并且提高了功率密度──这是一个很有价值的贡献。

iP1202的每一个通道都使用简单的电阻分压电路，它的各路输出电压可以独立地进行调节，输入工作电压的范围从5.5 V至13.2 V，作为前端电路的直流母线电压转换器为它供电是很容易的。利用这个负载点转器解决方案，可以实现独立的15 A输出或者两相30　A输出。用直流母线电压转换器为 iP1202供电，产生三个输出，它的总效率如图8所示。

在器件上有一个设定电流过载保护的引脚，可以用它设定电流过载保护电路在什么时候起作用。可以把它连接成栓锁，或者在检测到短路时自动启动。对于现在的电讯系统或网络系统中，这是很重要的，因为很多电讯系统和网络系统是在距离很远的地方，增加它们正常运作的时间，具备自动启动的能力，可以降低维护成本，也是很方便的，这些都会影响服务质量。

集成电路板解决方案范文第2篇

TI　bq51050B　是业界首款符合无线充电联盟　（WPC）　1.1　Qi　标准并具有集成型直接电池充电器的无线电源接收器，可为智能手机、无线键盘以及其它便携式电子设备实现更快更高效的充电。独特的　20V　接收器在单个微型集成电路中整合整流、电压调节、通信控制以及锂离子充电功能，无需单独的电池充电器电路。无电感器单级设计可实现业界最高的系统效率，与多级实施方案相比，电路板空间节省达　60%。

TI无线电源推进移动充电体验变革

除接收器外，TI　bq500410A　是首款符合　WPC　1.1　标准并支持　A6　发送器的无线电源传输控制器。该控制器有助于符合　Qi　标准的智能手机或其它便携式设备在至少　70　毫米　x　20　毫米的表面面积上充电，与当前　18　毫米　x　18　毫米的“靶心式”充电面积相比，扩大了　400%。bq500410A　不但可实现超过　70%　的效率，而且还采用独特寄生金属及外来对象检测特性为系统提供安全保护，如果在发送器和接收器之间检测到金属物质，就会停止输电。

electronica　2012　上的无线电源技术

TI　接收器与　bq500410A　发送器　IC　已经为最新　Nokia　Lumia　920　以及　Nokia　Lumia　820　智能手机及无线充电配件（如　Nokia　BH-220　蓝牙耳机及　DT-38　充电底座、支持内建　NFC　的　JBL　PowerUp　无线充电扬声器扩展基座以及　Nokia　Fatboy　无线充电枕等）所采用。TI　将在于　11　月　13　日至　16　日举行的　electronica　上演示无线充电枕，展位号为　A4　展厅　420　号。

集成电路板解决方案范文第3篇

关键词：Actel Fusion；温度自动控制；无线传输；远程监控

引言

西安邮电学院于2006年引进北京航天时代电子公司第772所一条闲置集成电路生产前端工艺线(14台工艺设备)，建立了集成电路工艺实验室，为微电子学、集成电路设计、系统集成以及电子信息类相关专业学生提供集成电路工艺生产实习及实践环境。在这14台工艺设备中，有高温双管扩散炉L4513Ⅱ一12/ZM 3台，主要供学生进行半导体工艺中扩散工艺的相关实验。这四台设备均为上个世纪80年代生产的卧式高温炉设备。设备的温控部分为模拟控制，其精度低、工作稳定性及可靠性差、能耗大，操作复杂。

“以Actel混合信号Fusion为基础的无线扩散炉温自动监控系统”的目标是对双管扩散炉温控部分进行改造，实现数字式自动控制，以提高炉体的精度，降低能耗。该项目的开发和研究对于保证我院微电子学专业等专业的集成电路工艺实践教学有重要的实用价值和现实意义。

Actel FUSion芯片

Actel Fusion系统芯片(PSC)是全球首个混合信号FPGA器件，将可配置模拟部件、大型Flash内存构件、全面的时钟生成和管理电路，以及高性能可编程逻辑集成在单片器件中，Actel Fusion可与Actel的软MCU内核同用，为数模混合设计者提供了一个良好的可编程系统芯片平台。

Actel Fusion系列芯片以Flash为基础的FPGA将配置信息储存在片上Flash单元中，一旦完成编程后，配置数据就会成为FPGA结构的固有部分，在系统上电时并无需载入外部配置数据。以Flash为基础的Fusion无需额外的系统元件，如传统SRAMFPGA配置用的串行非挥发性内存(EEPROM)或以Flash为基础的微控制器，它们都是用来在每次上电时对传统SRAMFPGA加载程序的。增加的融合功能可在电路板上省去多个附加元件，如Flash内存、分立模拟IC、时钟源、EEPROM，以及实时时钟等，从而减低系统成本和电路板空间需求。

本设计选用的是Fusion系列得AFS600芯片，该芯片内部有60万可编程的逻辑门，具有4Mbit的用户可用的Flash Memory、lkbit的FlashROM、108kbit的RAM；2个PLL，最高频率可达350MHz；支持多种I/O电平标准，其中差分的I/O标准有：LVPECL、LVDS、BLVDS、M-LVDS；具有AES、FlashLock加密技术；集成了独特的模拟部分，分辨率高达12位、采样率高达600kbps、30个输入通道、2.56V内部参考源的A/D；可实现电压、温度、电流检测。

本设计在Actel Fusion开发平成的，具有良好得可移植性和集成性。下面首先介绍本系统用到的主要资源。

可编程的多路ADC模块

Actel Fusion器件集成了频率达600ksps且可配置的12位逐次逼近(SAR)模数转换器(ADC)。这种模拟电路非常灵活，能支持MOSFET栅极驱动输出和多个模拟输入，输入电压在-12V到+12V之间，更可选配预调器，以便对各种模拟系统直接连接及控制，如电压、差分电流或温度的监控等。

本设计中，充分的利用了该款芯片的多路模拟输入优点，将模拟电压引脚以及温度引脚都是用了，实现温度的传感器电压信号输入以及手动控制的电压信号的输入。这样可以减少外部电路的复杂性，同时提高系统的稳定性。

内置的8051单片机模块

Actel Fusion芯片提供了大量的MCU微处理机控制。单元本设计中使用的8051单片机是将单片机的硬件电路通过调用51单片机IP核的方式烧写在FPGA电路内部。软件编程的程序烧写在芯片内部的Flash中。大大的方便了编程以及程序的烧写。在这里也体现了单芯片的解决方案的优越性。

丰富的PLL资源

本设计中，很多模块都需要不同频率的工作时钟。该芯片内提供了可配置的锁相环资源，可以提供频率范围很宽的时钟输出。为整个系统的搭建提供了丰富的不同频率时钟资源，使得我们的难度降低了不少，极大地缩短了开发周期。

系统硬件及软件设计

系统由Actel Fusion开发板，数据采集部分、无线收发部分、报警电路、手动控制和初始化，继电器电路和控制软件和通信软件等构成，其总体设计框图如图1所示。

数据采集电路

现场的温度数据经过热电偶的冷端补偿和毫伏放大电路后，将温度信息转换成电压量然后送控制系统分析处理。

无线收发电路

无线收发部分采用的无线传输模块是由西安达特科技公司出品的DTZ-01A ZigBee无线数据发送接收模块，不需要外部组件。可以很好的实现数据的透明传输。用来发送现场的温度数据到远端的计算机上，通过VB编写的软件实现温度的远端监控。

报警电路

语音报警的设计是在温度超过设定温度值一定范围的时候，发出警告信息，包括红灯亮起，同时蜂鸣器给出报警声音。硬件电路上包括开发板上提供的蜂鸣器和外挂的发光二极管，来完成报警的功能。

PS2键盘数据输入

本设计中控制数据的输入是通过外挂的PS2键盘实现。将键盘直接接到开发版提供的PS2键盘接口上，通过芯片内部的PS2硬件电路驱动和51编程的软件驱动实现键盘数据的输入。

LCD显示

本设计我们选用的是640×480点阵的LCD显示屏幕，可以在一个屏幕上同时显示出10路的温度信息以及其他的控制信息。驱动LCD屏幕是通过8051编程实现的。

FPGA内部电路设计与实现

FPGA内部硬件电路设计，主要是用Verilog HDL硬件电路描述语言实现的系统硬件的电路的设计，其中有一些模块是调用的IP核实现的(core 8051模块、锁相环和ADC模块)。FPGA内部电路由ADC模块、信号毛刺去除模块、宽度可调脉冲(PWM)模块、10路PWM控制信号选择模块、PS2硬件驱动模块、50Hz时钟信号产生模块、报警电路模块(FPGA实现)、LCD显示模块和Core8051模块构成。

系统控制软件

控制软件部分由主函数、选择通道子函数、设置通道参数子函数、显示设定数据子函数、显示通道温度数据子函数、显示控制数据子函数、PID控制子函数、串行发送子函数和LCD显示子函数构成。软件流程图如图2所示。

系统实现

该控制系统主要完成的功能有各个通道的控制参数的输入、对高温模拟扩散炉的控制、现场温度温度信息的远程监控。图3为现场控制台的显示界面，从图中可以看出10个通道的控制参数，通道状态以及现场的温度信息。图4为远程计算机的监控画面，从远程计算机可以直观的观测现场各个通道的温度信息，并具有查看历史温度信息功能。

结语

通过3个多月的努力，完成了系统的设计。我们充分利用了Actel Fusion开发板提供的硬件资源，完成整个系统的搭建。

系统实现的是同时对多路温度的控制，充分的利用了芯片的处理多路模拟信号的优点。

集成电路板解决方案范文第4篇

关键词：触摸屏；投射电容式触摸屏；触摸屏控制器

触摸屏广泛应用于我们日常生活各个领域，如手机、媒体播放器、导航系统、数码相机、数码相框、PDA、游戏设备、显示器、电器控制、医疗设备等等。

通用的触摸屏包括适用于移动设备和消费电子产品的电阻式触摸屏和投射电容式(projected capacitive)触摸屏以及用于其他应用的表面电容式(surface capacitive)触摸屏、表面声波(SAW)触摸屏和红外线触摸屏。

电阻式触摸屏

应用比较多的电阻式触摸屏(图1)具有空气间隙和间隔层的两层ITO(Indium TinOxide，铟锡氧化物)。电阻式触摸屏是大量应用、经过验证、低成本的技术。其缺点是：薄弱的机械性能；堆叠厚，相对较为复杂；不能检测多个手指的动作；前面板实现方案易损坏；有限的工业设计选项；光学性能不良；需要用户校准。

投射电容式触摸屏

触摸屏的电容触摸控制采用一个用传导物质(如ITO)做涂层的表面来存储电荷。传导物质沿屏的X轴和Y轴传导电流。当传导(如手指)触摸时控制电场发生变化，而且可以确定沿水平轴和垂直轴触摸的位置。在带按键触摸位置的应用中，把分立的传感器放置在特定按键位置的下面，当传感器的电场扰时系统记录触摸和位置。投射电容式触摸屏示于图2。

投射电容式触摸屏比其他触摸屏技术的优势是：

・出色的信噪比；

・整个触摸屏表面具有高精度；

・能够支持多个触摸；

・通过“厚的”电介质材料进行感应；

・无需用户校准。

QTOUCh技术

QTouch技术是Atmel触摸技术部前身Quantum(量研科技)的专利。所开发的集成电路技术是基于电荷一传输电容式感测。QTouch IC检测用传感器芯片和简单按键电极之间单连接来检测触摸(图3)。QTouch器件对未知电容的感测电极充电到已知电位。电极通常是印刷电路板上的一块铜区域。在1个或多个电荷一传输周期后测量电荷，就可以确定感测板的电容。在触摸表面按手指，导致在该点影响电荷流的外部电容。这做为一个触摸记录。也可确定QTouch微控制器来检测手指的接近度，而不是绝对触摸。判断逻辑中的信号处理使QTouch健全和可靠。可以消除静电脉冲或瞬时无意识触摸或接近引起的假触发。

QTouch传感器可以驱动单按键或多按键。在用多按键时，可以为每个按键设置1个单独的灵敏电平。可以用不同大小和形状的按键来满足功能和审美要求。

QTouch技术可以采用两种模式：正常或“触摸”模式和高灵敏度或“接近”模式。用高灵敏电荷传输接近感测来检测末端用户接近的手指，用用户接口中断电子设备或电气装置来启动系统功能。

为了优异的电磁兼容，QTouch传感器采用扩频调制和稀疏、随机充电脉冲(脉冲之间具有长延迟)。单个脉冲可以比内部串脉冲间隔短5％以上。这种方法的优点是较低的交叉传感器干扰，降低了RF辐射和极化率，以及低功耗。

QTouch器件对于慢变化(由于老化或环境条件改变)具有自动漂移补偿。这些器件具有几十的动态范围，它们不需要线圈、振荡器、RF元件、专门缆线、RC网络或大量的分立元件。QTouch做为一个工程方案，它是简单、耐用、精巧的方案。

在几个触摸按键互相靠近时，接近的手指会导致多个按键的电容变化。Atmel专利的邻键抑制(AKS)采用迭代技术重复测量每个按键上的电容变化，比较结果和确定哪个按键是用户想要的。AKS抑制或忽略来自所有其他按键的信号，提供所选择按键的信号。这可防止对邻键的假触摸检测。

触摸屏系统设计

一个触摸屏系统包括：前面板、传感器薄膜、显示单元、控制器板和集成支持(图4)。

集成电路板解决方案范文第5篇

・完全集成收发器半导体集成电路(IC)

・集成收发(T／R)开关和功率放大器

・与集成电路匹配的表面声波(SAW)滤波器模块

然而，必须注意这种高集成度芯片确保它们完全兼容，从而降低了电路设计工程师优化性能的灵活性。目前由芯片供应商提供的系统级确认也是极其重要的，以确保能够产品的性能和满足面世时间的要求。

系统设计

由第三代合作伙伴计划(3GPP)开发的称为3GPPTS45．005的GSM技术规范规定了最低射频(RF)性能。在早期收发器系统的设计中，必须先将GSM技术规范正确地转化为设计参数，然后对系统各部分起作用的每个单元分配预算。如果某个单元是单独的器件，那么各器件供应商之间的技术指标应相互兼容以满足总体性能目标的要求。在完全集成压控振荡器(VCO)、储能电路和滤波器的收发器设计中，满足系统级技术指标的责任在于芯片供应商。因此用合适的系统分析工具验证系统体系结构非常重要。下表说明了对GSM收发器技术规范起主要作用的各单元电路的技术参数。

在利用共享RF频谱资源时，其发射器部分应根据通信网络性质受GSM技术指标的严格控制。这可以确保有效地管理网络并且避免受手机用户频谱之间的影响而降低质量。最后必须使用频谱屏蔽技术，这对于避免发射机在接受频带内产生阻塞其它用户信道的无用杂散输出或噪声是必需的。转换环路体系结构为发射部分提供一种高集成度解决方案，并且正确设计使得在发射部分无需外部滤波器。对于双频带或四频带GSM设计其受益会更大。

从表1可看出，发射机的性能取决于收发器和功放的设计及实现。

当代收发器的接收机部分全部采用完全集成的有源电路。仅需的外部元件是接收机前端的开关和频带选择SAW滤波器。滤波器用来在有很强的带外阻塞信号情况下确保高性能。但是仍然存在个别难题，例如RF频谱不受网络运营商控制，因此其易受来自其它通信系统的大功率信号和其它电子设备(例如，微波炉和汽车点燃系统等)引起的干扰的影响。

如果为接收机选择直接变频体系结构，我们就会获得几项重要的益处，从而允许使用完全集成设计来满足GSM规范。

・降低接收机信号链路的复杂程度

・需要单独的本机振荡器(LO)

・完全消除象频

・位于基带的中频(IF)器件使用更小电流支持内置滤波功能

这种体系结构的优势是为客户带来了高性能价格比的集成解决方案的好处。由于单独的LO最大程度减小了晶振串扰和耦合(晶振串扰和耦合会降低选择信道的灵敏度，产生有害的杂散响应或是造成手机在产品定型或网络互通性测试阶段失效的杂散发射)，所以其具有高集成度解决方案的优点。这些问题难以预测并且对外部印制电路板(PCB)的设计或布线非常敏感。该体系结构的低复杂度也降低了设计风险和最终的功耗，从而延长了手机的待机时间。

器件选择

如果手机设计工程师结合AD6548收发器和TriQuint公司的TQM6M4001发射模块以及SAW滤波器模块，则会很快达到1．5cm2GSM／GPRS高性能射频设计的设计目标。

收发器IC

AD6548(Othello-G收发器)是美国模拟器件公司(简称ADl)直接变频GSM收发器的最新产品，它采用5millx 5mm 32引脚LFCSP封装。该芯片采用Othello技术构建，这种技术是1999年首次用于开放市场直接变频的GSM射频收发器。它将拥有专利权的电路设计、体系结构和系统知识结合起来解决了自动检测、直流(DC)失调和压控振荡器(VCO)相位噪声等老的难题。因此GSM射频收发器大大减少了芯片数量并且降低了成本，而且无需IFSAW滤波器、VCO以及相关元件。AD65480thello-G收发器为GSM／GPRS射频收发器设计的集成度和总体解决方案的尺寸建立了新的标准。Othello―G收发器是真正的四频带设计，具有用于850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz频带的独立可编程增益低噪声放大器(LNA)。用于发射频带和接收频带的本地振荡(LO)发生器带有内置的快速锁定小数N分频锁相环(PLL)频率合成器和集成的环路滤波器发射和接受压控振荡器(VCO)和储能电路组成。AD6548也包含一个内置晶体振荡器和校准系统，从而无需使用传统的外部压控式温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)并且降低了成本。这种变换环路发射器体系结构无需在收发器和功放之间使用外部滤波。

AD6548在电源管理方面具有极具吸引力的特性，其将用于收发器的低压差(LDO)稳压器完全集成到芯片内。这意味着芯片可以直接与电池电源相连，而无需附加的外部元件和复杂连接。LDO和芯片的电源控制全部由共用串行接口总线完成，从而无需附加的外部芯片并且确保射频和LDO时序命令要求之间的同步，以便在过渡期间对功耗进行严格控制。

开关与功率放大器

先进的处理能力、封装形式和设计技术使高集成度模块切实可行，从而减小电路尺寸并且提高性能。Triquint公司的TQM6M4001发射模块采用市场上最小的封装尺寸-6×6×1．1mm―集成了收发器和天线之间的所有RF发射功能，它与具有竞争力的解决方案相比大大减小了电路尺寸。TQM6M4001发射模块体系结构和接口适合于AD6548之类的收发器，并且确保在手机PCB板上实现最佳布线。

TQM6M4001模块采用了分立的GSM850／900和DCSl800／PCSl900功放模块以及当代功率放大器模块中的集成功率控制。此外，它还具有低插入损耗四频带pHEMT开关、发射端谐波滤波、集成开关解码器、四个接收端口以及实现完整RF发射所必需的全部防静电放电(ESD)功能。TQM6M4001发射模块无需进行外部功放匹配。

TriQuint公司采用了6英寸封装的GaAs处理器设计其电路，包括分别用于PA、低通滤波器(LPF)和开关的InGaPGaAsHBT和GaAspHEMT。其中PA和开关的所有控制功能都集成在其CMOS专利设计中。该发射模块是基 板结构，所有的管芯通过引线键合相连。TriQuint公司通过使用集成技术业界率先减小了电路尺寸以避免在模块中使用所有的匹配和偏置表面粘元件(SMD)。TQM6M4001发射(Tx)模块的主要设计目标是进一步提高GSM／GPRS％作在所有四个频带时完整发射链路的DC和RF性能，并且比单独的PA和天线开关模块阵列增强了性能。

SAW滤波器和匹配模块

正如前面所描述的，前端电路设计对于接收器性能极其重要。通常这需要很多器件。在每一个频带都需要一个SAW滤波器和四个LNA匹配器件，因此四频带设计需要16个器件，从而占用了相当大的PCB面积。由于前端电路对SAW滤波器和LNA输入电路很敏感，通常需要经验丰富的RF工程师调整匹配模块以获得满意的性能，这却是一件非常耗时的工作。

当今已经出现了另一种可行的方法以提供优良的解决方案。由日本富士通公司、日本村田公司、美国SAWTEK和厦门EPCOS有限公司等全球领先供应商提供的模块工艺允许将SAW滤波器和匹配电路完全集成在5mmx3mm的封装尺寸内。这种方案除了减小PCB面积并且缩短设计时间外，还通过缩短芯片间距离以减小PCB印制线上的寄生效应，从而提高性能。供应商通过插入替换封装的芯片可以提供双、三和四频带解决方案，从而为各种类型手机设计提供低成本高性能解决方案。

为了优化LNA匹配，收发器供应商将为模块生产厂商提供LNA输入的精确s―参数，包括键合线和封装寄生效应。使定制的器件以与具体的IC严格匹配。微调、测试和验证由两家供应商共同完成，并且完成参考设计中评估的解决方案。这种方案对于手机生产厂商具有明显的优势，因为甚至在手机设计之前都完成了设计任务，因此缩短了产品的面世时间并且减小了封装尺寸。

系统级验证

RF系统设计和实现一旦完成，下一个重要的步骤是完成全面验证。首先对基本RF参数做验证，例如噪声指数，IP2和IP3等，但是这种验证纯粹是为了确保要求的设计参数得到满足。主要测试参数应该集中在GSM规范中的系统验证等级。这只能通过测试使用基带芯片组和GSM软件协议栈的完整参考设计来实现。必须对通话成功地提供一台测试仪器以完成所要求的回送误码率(BER)测试。

Rohde&SchwarzCMU200射频收发通信测试仪器或类似仪器可用来进行基本的测试，因为它们能够依照GSM规范快速精确地测量参数。使用一台测试设备的局限性在于无法完成杂散发射、接收器阻塞、AM波抑制、交互失真以及相邻通道测试。如果一款手机在产品定型验证阶段没有满足这些测试要求，则会导致成本和时间的浪费。因此我们需要一个比较高级的测试设备，如图4所示。

为了确保快速、可重复并且精确测试表性参数对温度和电压的变化，需要一台自动化实验室测试设备是最基本要求。该设备由开关箱和滤波器组控制的GPIB总线、个人计算机(PC)和控制仪器仪表的软件控制程序以及将数据处理成容易检查格式的数据格式存储器组成。这对于信道总数达975的四频带GSM手机设计是必需的。每一个信道都需要做大量的测试，每一次测试都需要大量的数据点来完成测试。这样产生了大量的数据点，因此后处理和格式化也是非常重要的，以便快速处理测试结果并且得出结论。

在测试过程中干扰信号远远大于有用信号(例如阻塞信号或邻道干扰)，测试设备的相位噪声可能会影响测试结果。既然这样，在开关盒中需要增加滤波功能。我们也为测试设备增加一个衰落模拟器以完全符合GSM要求。

测试结果

下面的测试结果是在ADI公司的AD6548硬件平台上使用前面描述的自动测试设备测出的。这样能够全面、快速地评估和优化参考设计，以加速客户的设计周期。对于GSM最高频段PCSl900的主要测试曲线总结如下。

以上曲线表明测试结果超过GSM规范具有充分的裕量。这为手机制造商提高了产量同时为客户改进了性能。例如，灵敏度比GSM规范－102dBm具有高出7．1dB的裕量，但这是静态灵敏度测量。一旦包括了衰落条件，虽然取决于基带，通常还需要超过SNR3dB。本RF设计仍可超过性能裕量4dB。阻塞测试结果还表明具有超过GSM规范2％优良的BER裕量，甚至使用了超过GSM规范要求2dB的阻塞测试仪。

在发射器端，调制频谱表明了极好的测试结果。例如在400kHz频率偏移时具有大于5dB的裕量，随着频谱向外扩展会产生更大的裕量。RMS值和峰值相位误差也具有足够的裕量，分别超过规范5°和20°。