1、DigRF 协议及应用 唐琦 郭炜 上海交通大学微电子学院 摘要： 过去手机射频（ RF, radio frequency）主要以模拟 I/Q 调制为接口，而且没有统一标准，但在 DigRF 标准化之后，制造商将可依照成本或性能选择适合组件，而不再受限于单一供货商。随着数字技术的高速发展，从调制模块到解调模块以及对中频（ IF, Intermediate Frequency）和基频的数字处理模块，过去的射频芯片中很多模拟模块都可以被数字代替。在手机芯片的设计中随着 DigRF 广泛的应用，将简化了芯片的开发周期和成本，降低芯片尺寸和功耗。本文将重点介绍目前比较成熟的 DigRF1.12 版的具
2、体应用，以及 DigRF 的发展回顾和趋势分析。 1、 DigRF 简介 DigRF 是通讯基频（ Base Band）芯片和 RF 芯片之间的标准化接口，用来在基频和射频间传送 I/Q 信号，以及时钟和触发信号。 DigRF 之前，手机收发系统主要由三颗芯片组成，其中前两颗是纯模拟芯片，如图所示： 图 1 纯模拟系统 引入了 DigRF 之后，系统简化为由两颗芯片组成，如图所示： 图 2 DigRF 系统 开发 DigRF 的目主要是将复杂的模拟模块数字化以减少设计和制造的风险，减少芯片的管脚数量以降低芯片成本和采用较慢的时钟来降低功耗， 同时缩短了开发周期并降低了制造和测试成本。 下面以较
3、成熟的 1.12 版本来介绍 DigRF 的具体应用（图 3） 。 DigRF 接口双向数字链路传送 1 或者 0射频芯片（ RFIC） 基带芯片（ BBIC）模拟 I/Q 接收信号模拟 i/Q 发送信号功率放大器（ PA）控制 l 射频芯片（ RFIC） 基带芯片（ BBIC）TxTx Rx Rx混合信号芯片 （ Mixed Signal IC）图 3 DigRF v1.12 版接口示意图 RxTx 数据接口由 RxTxData 和 RxTxEn 组成。 RxTxData 主要负责在基频芯片和射频芯片上传输 I/Q 的数据。 I/Q 数据格式为高斯最小频移键控 （ GMSK， Gaussia
4、n Filtered Minimum Shift Keying）或八相移键控（ 8PSK， 8 phase shift keying） ，既可以是数字滤波后的基频信号也可以是数字滤波前采样模数转换器的原始数据。 RxTxEn是使能信号。 以上两个信号都以 SysClk作为时钟参考。 控制信号接口由 CtrlData, CtrlEn 和 CtrlClk 组成。以基频芯片为主使，将控制信号传到射频芯片或者接收射频芯片传回的信号。 CtrlData 是数据信号， CtrlClk 是使能信号， CtrlClk 是独立的时钟。控制信号接口的主要作用是用来对射频信号中的寄存器进行读写，完成芯片设置，也可以
5、读回射频芯片的数据。设计者可灵活运用此接口，甚至用来做可测行设计（ DFT，design for test）的设计。 Strobe 信号也是控制信号，一般用来完成从基频芯片到射频芯片的精确的触发，比如在手机的发射时，由 Strobe 送出触发信号，使射频芯片发出 GMSK 连续的脉冲信号。 主时钟接口由 SysClk 和 SysClkEn 组成。射频芯片将时钟通过 SysClk 传递到基频芯片，基频芯片通过 SysClkEn 来控制是否接收来自 SysClk 的时钟信号。 发送端具体的 I/Q 数据时序图如图 4 所示： 图 4 传输流模式 一个 GMSK 或增强型数据速率 GSM 演进技术
6、(EDGE， Enhanced Data Rate for GSM Evolution)信号脉冲里由 156 或 155 个信号组成， 每一个信号由四位比特组成， 其具体编码如图 5 所示。 图 5 传输信号编码 SysClk 为 26 兆赫兹的时钟，在 GMSK/EDGE 中由于一个信号的采样率为 270.8333khz,所以每一个比特由 24 个 SysClk 组成。另外还有传输块模式，只是提高了传输速度。 接收端 I/Q 数据的三种时序图 6 所示。 图 6 三种接收模式 从图 6 可以看出在接收 I/Q 信号时也有多种模式供设计者选择， 其传输速率和数据格式略有不同。 2、 DigRF
7、 发展趋势 z 阶段 1.0： 将图 1 中的混合信号芯片集成到了射频芯片，仍然采用并行 I/Q，这个阶段后来并没真正应用到手机芯片，只为试验用。 z 阶段 1.5： 在阶段 1.0 的基础上将并行 I/Q 改为串行，一个完整的 I/Q 数据采样需要几个时钟周期传递，也称为伪串行。 I/Q 数据也是离散的，适用于第 2.5 代（ 2.5G）手机 z 阶段 2.0： 在射频芯片里又加入了串行器解串器 （ SERDES ,Serializer/Deserializers） ，采用了串行 I/Q 交叉方式和外部控制总线，适用于 2.5G 手机，也支持了多种协议。最高系统时钟频率为 26 兆赫兹，这个
8、版本也被标准化为 1.12 版 z 阶段 3.0: 采用 I/Q 数据线和控制线复用的方式，减少了管脚，适用于第三代（ 3G）手机，支持多种协议，最高系统时钟频率为 312 兆赫兹，不同厂家有自己的 3.0 版本。 在最新的协议中， DigRF 正朝着减少接口管脚，降低接口的总功耗，提供十分可靠的物理层，从而取消错误校正和检测，增强兼容性以适应不同的厂商的目标迈进。 3、小结 DigRF 的应用使得射频芯片尺寸进一步的缩小，功耗降低，并提供了灵活、可靠的接口，简化了芯片在生产、测试和应用中的成本，缩短了开发时间，也为单芯片手机设计打好了基础。在业界中，越来越多的公司都推出了符合 DigRF 标
9、准的芯片，例如飞思卡尔推出的MMM7010， Silicon Laboratories 公司日前推出的 Aero IIed 等。此外， DigRF 的工作组也由以前的九家扩展到三十一家。 DigRF 的协议也从简单的 GMSK/EDGE 扩展到 3G 的所有协议，例如正交幅度调制（ QAM， Quadrature Amplitude Modulation） , 正交频分复用（ OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等等。尽管目前针对宽频分码多重存取（ WCDMA， Wideband Code Division Multiple Access） 的 DigRF 标准接口尚未制定完成，但预估在未来几年内， DigRF 将成为 3G 的主要接口标准。 参考文献：
