通信系统的制作方法

通信系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种通信系统，包括：一第一晶圆，其包括一上变频器和一数字基带处理电路；一第二晶圆，与所述第一晶圆分离，且包括一下变频器；以及一前端电路，用于将一天线耦接到所述第一晶圆和所述第二晶圆。本发明提出的通信系统，通过合理的安排系统分区和集成，例如将不同的功能模块设置在不同的晶圆上，从而能够采用发射器数字化的优点，使得所述通信系统更具成本效益且高效节能。
【专利说明】通信系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及发射和接收无线通信信号，更具体的，涉及具有上变频器和下变频器的通信系统。
【背景技术】
[0002]由于深亚微米(deep sub-micro)互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的推进,数字电路变得越来越小，且功耗越来越低。也就是说，所述工艺的伸缩性(process scaling)允许更多的晶体管在同一个区域实现，或是需要一个更小的区域来实现相同的晶体管数量。因此，为了使便携式设备(如移动电话)减小尺寸和延长电池寿命，需要通过深亚微米CMOS工艺来实现各种电路。针对无线电设计方面，非常需要将射频(RF)/模拟密集的无线电零件转换成更多的数字密集型设计，以充分利用所述工艺的伸缩性。
[0003]在数字无线电设计方面，由于信号源已经是数字化的，因此更容易实现数字发射器部分，而唯一要考虑的是带内信号的产生。但是，数字接收器部分是很难实现的，因为信号源是模拟的，且接收器部分需要考虑带内信号和带外干扰/阻带。较好地集成通常意味着更小的器件尺寸和更低的成本。但是，如果无线电设计不能有效地转换成数字化设计以减少无线电设计的尺寸，则对于无线电电路的集成，其包括数字发射器部分和数字接收器部分，将极大地增加生产成本。例如，在更先进的半导体工艺中，将发射器部分和接收机部分集成在同一晶圆上是不具成本效益的设计。
[0004]因此，需要一个创新的通信系统设计，其能够通过适当的系统分区和集成，使设备体积更小、更便宜，并且具有更低的电流消耗。

【发明内容】

[0005]有鉴于此，需要一种通信系统，以解决上述技术问题。
[0006]在一实施例中，提供一种通信系统，包括:一第一晶圆，包括一上变频器和一数字基带处理电路；一第二晶圆，与所述第一晶圆分离，且包括一下变频器；以及一前端电路，用于将一天线耦接到所述第一晶圆和所述第二晶圆。
[0007]在另一实施例中，提供一种通信系统，包括:一第一晶圆，用于执行数字基带处理，以及根据一第二信号产生一第一信号，其中所述第二信号是来自于所述数字基带处理的一输出信号，且所述第一信号的频率高于所述第二信号的频率；一第二晶圆，与所述第一晶圆分离，且用于根据一第四信号产生一第三信号，其中所述第四信号的频率高于所述第三信号的频率；以及一前端电路，用于将所述第一信号从所述第一晶圆耦接到一天线，以及将所述第四信号从所述天线耦接到所述第二晶圆。
[0008]本发明提出的通信系统，通过合理的安排系统分区和集成，例如将不同的功能模块设置在不同的晶圆上，从而能够采用发射器数字化的优点，使得所述通信系统更具成本效益且高效节能。【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是根据本发明第一实施例提供的通信系统的方块示意图；
[0010]图2是根据本发明第二实施例提供的通信系统的方块示意图；
[0011]图3是根据本发明第三实施例提供的通信系统的方块示意图；
[0012]图4是根据本发明第四实施例提供的通信系统的方块示意图。
【具体实施方式】
[0013]在本说明书以及权利要求书当中使用了某些词汇来指代特定的组件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”是一个开放式之用语，因此应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可以直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
[0014]图1是根据本发明的第一实施例的通信系统100的方框示意图。所述通信系统100包括一应用处理器(AP) 102、具有一数字基带(DBB)调制解调器105的一 DBB处理电路104、具有一上变频器107的一发射器(TX) 106、具有一个或多个模数转换器(ADC) 109_1和109_2的一模数转换电路108、具有一下变频器113的一接收器(RX) 112，和一射频前端(RFFE)电路130。所述DBB处理电路104耦合在AP102和TX106之间，而所述RX112通过所述模数转换电路108耦合到所述DBB处理电路104。应当指出的是，所述AP102、DBB处理电路104、TX106和模数转换电路108都设置在使用一第一半导体工艺制造的第一晶圆110中，所述RX112设置在一第二晶圆120中，所述第二晶圆120与所述第一晶圆110分离，且是使用不同于所述第一半导体工艺的第二半导体工艺制造的。通过举例而非限制的方式来说，所述第一半导体工艺是一种28nm工艺,而所述第二半导体工艺是一种40nm工艺。因此，与所述第二半导体工艺相比，所述第一半导体工艺具有更小的几何结构。
[0015]所述AP102是一个处理视频数据、音频数据、图像数据以及图形数据(例如，三维(3D)图形数据)其中至少之一者的处理器。所述DBB处理电路104是一个数字电路，其至少用于处理基带信号。具体而言，所述DBB调制解调器105用于为信号传输执行调制以及为信号接收执行解调。所述TX106用于根据一第二信号S2产生一第一信号SI，其中所述第二信号S2是来自于所述DBB处理电路104的一输出信号，且所述第一信号SI的频率高于所述第二信号S2的频率。例如，所述第二信号S2可以是数字基带信号或低中频(1w-1F)信号，所述第一信号SI可以是一模拟射频信号。换句话说，所述TX106配备有数模转换能力，以用于根据所述数字基带/低中频信号，产生模拟射频信号到所述RFFE电路130。在本发明中，所述TX106可以是数字或数字密集型发射器。对于包括在所述TX106中的所述上变频器107，其可以是一个数字电路，用于执行所需的上变频，以通过数字方式将基带信号或低中频信号转换为射频信号。
[0016]所述RX112用于执行与TX106相反的操作。因此，所述RX112用于根据一第四信号S4产生一第三信号S3，其中，所述第四信号S4的频率高于所述第三信号S3的频率。例如，所述第三信号S3可以是一个模拟基带信号或低中频信号，而所述第四信号S4可以是一个模拟射频信号，其包括带内信号分量和带外信号成分(即，干扰/阻带)。对于包括在RX112内的下变频器113，其用于执行所需的下变频操作，以将射频信号转换为基带信号或低中频信号。所述模数转换电路108被设置在所述第一晶圆110内，所述DBB处理电路104也位于所述第一晶圆110内。所述模数转换电路108用于接收一模拟下变频信号，且将所述接收到的模拟下变频信号转换成一个数字下变频信号，以进一步在后续的DBB处理电路104中进行处理。其中，所述模拟下变频信号来自于所述模拟下变频器113的一输出信号。
[0017]对于所述RFFE电路130，其用于将一天线101耦合到所述第一晶圆110和第二晶圆120。例如，所述RFFE电路130可以包括至少一个电源功率放大器(PA)122、至少一个开关、至少一个表面声波(surface acoustic wave, SAW)滤波器、至少一个外部的低噪声放大器(LNA)、至少一个天线共用器(duplexer)、至少一个双工器(dip lexer)、至少一个天线匹配网络等。因此，所述RFFE电路130能够将来自于所述第一晶圆110的上述第一信号SI耦合到所述天线101，并将来自于所述天线101的上述第四信号S4耦合到所述第二晶圆120。应当指出，所述RFFE电路130的电路元件可以在不同的晶圆中实现，所述不同的晶圆封装在同一芯片中，以形成一单一的模块，或者可以使用安装在一个印刷电路板(PCB)上的分立的无源和有源元件来实现。
[0018]由于本发明重点关注无线电系统分区和集成，因此为简便起见，省略图1中所示的每个功能块的功能和内部电路结构的进一步细节。
[0019]如上文所述，因为信号源已经数字化，所以数字发射器是比较容易实现的，而由于数字接收器的信号源是模拟的，因此很难实现。如图1所提及的无线电系统分区和集成方案，所述TX106和至少所述DBB处理电路104被集成在一晶圆(B卩，所述第一晶圆110)内，所述晶圆使用更先进的半导体工艺(例如，28nm工艺)进行制造，且所述RX112在另一个晶圆中实现，所述另一晶圆使用不太先进的半导体工艺(例如，40nm工艺)制造。因此，所提及的无线电系统分区和集成方案使得所述TX106集成在所述第一晶圆110中，以从工艺伸缩性的优势中受益，且将RX112留在独立的第二晶圆120中，从而使通信系统100的整体尺寸减小，或使通信系统100具有更好的成本结构。通过这种方式，所述通信系统100的生产成本不会因为TX106和RXl 12不适当地集成在相同的晶圆内而大大增加，其中，所述相同的晶圆使用较先进的半导体工艺制造。所述系统集成和生产成本之间的平衡是通过TX106和RXl 12的非对称布置来获得的。
[0020]图2是根据本发明第二实施例的通信系统200的方框图。所述第一实施例的通信系统100和第二实施例的通信系统200之间的主要区别是所述模数转换电路108的位置。如图2所示，所述第一晶圆210包括上述的AP102、DBB处理电路104和TX106。所述第二晶圆220包括上述的模数转换电路108和RX112。在本实施例中，所述第一晶圆210使用一第一半导体工艺制造，而所述第二晶圆220与所述第一晶圆210相分离，且使用不同于所述第一半导体工艺的一第二半导体工艺制造。通过举例而非限制的方式来说，所述第一半导体工艺是一种28nm工艺,而所述第二半导体工艺是一种40nm工艺。因此,与所述第二半导体工艺相比，所述第一半导体工艺具有更小的几何结构。从所述第二晶圆220到所述第一晶圆210的信号传输包括数字信号传输。因此，所述通信系统200具有位于第一晶圆210和第二晶圆220之间的一个数字接口。由于本领域技术人员在阅读与图1相应的段落后，可以容易地理解图2中所示的每个功能块的详细信息，因此，为了简洁起见，这里省略进一步的描述。
[0021]在本实施例中，所述PA122被设置在外接于所述第一晶圆110/210的RFFE电路130中。然而，这仅用于说明发明目的，并不意味着是对本发明的限制。请参考图3，其是根据本发明的第三实施例的通信系统300的方框图。所述第一实施例的通信系统100和第三实施例的通信系统300之间的主要区别是PA的位置。如图3所示，所述通信系统300的RFFE电路330并不包括PA在内。相反，所述第一晶圆310的TX306内集成了一 PA322 (例如一数字功率放大器(DPA))，用于对来自于上变频器107所产生的上变频信号的射频信号执行功率放大，以产生所述第一信号SI。因此，具有振幅放大的所述第一信号SI可从所述第一晶圆310发送到所述RFFE电路330。在本实施例中，所述第一晶圆310使用第一半导体工艺制造，所述第二晶圆120与所述第一晶圆310相分离，且使用不同于所述第一半导体工艺的第二半导体工艺制造。通过举例而非限制的方式来说，所述第一半导体工艺是一种28nm工艺,而所述第二半导体工艺是一种40nm工艺。因此,与所述第二半导体工艺相比，所述第一半导体工艺具有更小的几何结构。由于本领域技术人员在阅读与图1相应的段落后，可以容易地理解图3中所示的每个功能块的详细信息，因此，为了简洁起见，这里省略进一步的描述。
[0022]请参考图4，其是根据本发明第四实施例的通信系统400的方框图。所述第三实施例的通信系统300和第四实施例的通信系统400之间的主要区别是模数转换电路108的位置。如图4所示，所述第一晶圆410包括上述的AP102、DBB处理电路104和TX306，所述第二晶圆220包括上述的模数转换电路108和RX112。在本实施例中，所述第一晶圆410使用第一半导体工艺制造，所述第二晶圆220与所述第一晶圆410相分离，且使用不同于所述第一半导体工艺的第二半导体工艺制造。通过举例而非限制的方式来说，所述第一半导体工艺是一种28nm工艺,而所述第二半导体工艺是一种40nm工艺。因此,与所述第二半导体工艺相比，所述第一半导体工艺具有更小的几何结构。从所述第二晶圆220传输到所述第一晶圆410的信号包括数字信号，因此，所述通信系统400具有一个数字接口位于所述第一晶圆410和第二晶圆220之间。由于本领域技术人员在阅读与图1相应的段落后，可以容易地理解图4中所示的每个功能块的详细信息，因此，为了简洁起见，这里省略进一步的描述。
[0023]在上述实施例中，所述第一晶圆110、210、310、410中的每一者都具有一个应用处理器(AP)，其用于执行基于处理功能的应用程序。然而，这仅用于说明发明目的，并不意味着是对本发明的限制。因此，根据实际的设计考虑/要求，所述AP102可以是一个可选兀件。例如，在另一种设计中，一个AP在一个独立的晶圆中实现，而所述第一晶圆110/210/310/410可以被修改以省略所述AP102。这也属于本发明的范围。
[0024]简单来说，本发明中提出的每一个系统分区和集成方案采用了发射器数字化的优点，这使得所述通信系统更具成本效益且高效节能。
[0025]虽然本发明已以较佳实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属【技术领域】中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种通信系统，包括: 一第一晶圆，包括一上变频器和一数字基带处理电路； 一第二晶圆，与所述第一晶圆分离，且包括一下变频器；以及 一前端电路，用于将一天线耦接到所述第一晶圆和所述第二晶圆。
2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述数字基带处理电路包括一数字基带调制解调器。
3.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第一晶圆进一步包括一模数转换电路，用于接收一模拟下变频信号以及将接收到的所述模拟下变频信号转换为一数字下变频信号，其中所述模拟下变频信号来自于所述下变频器的一输出信号。
4.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第二晶圆进一步包括一模数转换电路，用于接收来自于所述下变频器输出的一模拟下变频信号，以及将接收到的所述模拟下变频信号转换为一数字下变频信号。
5.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第一晶圆进一步包括一功率放大器，用于放大来自于所述上变频器的一输出信号的射频信号。
6.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第一晶圆进一步包括一应用处理器，用于处理视频数据、音频数据、图像数据以及图形数据中的至少之一者。
7.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述第一晶圆进一步包括一数字发射器，其耦接于所述数字基带处理电路，且所述上变频器是所述数字发射器的一部分。
8.如权利要求1所述的 通信系统，其特征在于，所述第一晶圆使用一第一半导体工艺制造，所述第二晶圆使用不同于所述第一半导体工艺的一第二半导体工艺制造，且使用所述第一半导体工艺比使用所述第二半导体工艺具有更小的几何尺寸。
9.一种通信系统，包括: 一第一晶圆，用于执行数字基带处理，以及根据一第二信号产生一第一信号，其中所述第二信号是来自于所述数字基带处理的一输出信号，且所述第一信号的频率高于所述第二信号的频率； 一第二晶圆，与所述第一晶圆分离，且用于根据一第四信号产生一第三信号，其中所述第四信号的频率高于所述第三信号的频率；以及 一前端电路，用于将所述第一信号从所述第一晶圆耦接到一天线，以及将所述第四信号从所述天线耦接到所述第二晶圆。
10.如权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述第一晶圆使用一第一半导体工艺制造，所述第二晶圆使用不同于所述第一半导体工艺的一第二半导体工艺制造，且使用所述第一半导体工艺比使用所述第二半导体工艺具有更小的几何尺寸。
11.如权利要求10所述的通信系统，其特征在于，所述第一晶圆进一步用于接收一模拟信号以执行一模数转换，从而将接收到的所述模拟信号转换为一数字信号，其中所述模拟信号来自于所述第三信号。
12.如权利要求10所述的通信系统，其特征在于，所述第二晶圆进一步用于接收来自于所述第三信号的一模拟信号以执行一模数转换。
13.如权利要求10所述的通 信系统，其特征在于，所述第一晶圆进一步用于对来自于所述第一信号的一射频信号执行功率放大。
14.如权利要求10所述的通信系统，其特征在于，所述第一晶圆进一步用于处理视频数据、音频数据、图像数 据以及图形数据中的至少之一者。
【文档编号】H04B1/40GK103812521SQ201310478996
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2012年11月1日
【发明者】黄合淇, 梁正柏 申请人:联发科技股份有限公司