[经验]

2.4GHz ISM 射频前端模块的设计

2016-3-1 11:12:10

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2.4GHz ISM 射频前端模块的设计

2.4GHz 工业科学医疗设备(ISM)是全世界公开通用使用的无线频段，蓝牙( Bluetooth)、 Wi-Fi、 ZigBee 等短距离无线数据通信均工作在 2.4GHz ISM 频段。针对 2.4GHz ISM 频段无线应用，锐迪科微电子公司推出了 RDAT212 射频前端模块。T212 芯片集成了功率放大器( PA)、低噪声放大器( LNA)、天线开关(Antenna Switch)和功率检测器(Power Detector)，并特别增加 PA 带通及 LNA 带通的省电功能，内部还针对天线端做了 ESD 保护设计。 T212 芯片采用标准的 QFN 3×3mm 超小型封装，输入和输出已集成隔直电容和匹配电路，外围元件仅需少量滤波电容，极大地简化了 PCB 设计。高集成度、超小尺寸并提供省电功能的 T212 射频前端模块，在手机蓝牙以及 802.11.b/g 扩展应用中大有可为。同时，T212 芯片还具有优异的线性度，支持 Bluetooth 2.0 的高速率应用。 T212 模块的性能 T212 射频前端模块内集成的功率放大器采用先进的砷化镓异质结双极晶体管( GaAs HBT)工艺制造，低噪声放大器和天线开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管( E-PHEMT)工艺制造。尽管没有采用差分 PA 的形式，但是 T212 依然为客户提供了差分输入管脚，从而使客户不需要再关心差分转单端的设计。 T212 集成的功率放大器是一款高线性高效率 PA，在 2.4GHz~2.5GHz 频段内有 20dB 增益，线性输出功率为 18dBm 时的三阶交调 IM3 小于-30dBc。PA 的静态工作电流可低至 10mA，饱和输出功率可达 23dBm，功率附加效率高达 45%，这么高的效率有助于延长供电时间。 2

图 1：T212 射频前端模块的功能模块图。 T212 集成的低噪声放大器具有很高的线性度，在 2.4GHz~2.5GHz 频段内有 10dB 增益，工作电流仅 4.5mA，噪声系数小于 2.6dB(已包括开关损耗)，输入三阶交调点 IIP3 高达+8dBm。模块内的 LNA bypass 功能，既可作为省电模式，又能增大接收机的动态范围。 T212 模块提供了 PA 带通及 LNA 带通的省电功能。无需硬件改动，仅通过改变控制逻辑，即可在正常工作模式和 bypass 省电模式间自由切换。在蓝牙 1 类应用时，模块可以在 0dBm 输入条件下提供 20dBm 的输出功率；在蓝牙 2 类应用时，该模块又可切换到 PA 带通状态，此时不消耗电流。 T212 集成了功率检测，通过测量 PD 端电压可以检测功放的输出功率。该模块采用了 QFN 3×3mm 超小型封装，输入和输出已经在内部匹配到 50 欧姆，客户应用时不需要在 PCB 板上设计匹配电路，使得 PCB 板设计更加容易。功率放大器的输出谐波已经抑制到-50dBc 以下，应用时外部通常已不需要滤波器。这样模块外部仅需少量滤波电容，缩小了 PCB 板尺寸，并降低了系统成本，极适合对器件尺寸有特殊要求的手机蓝牙应用。 T212 芯片的无线应用 1)蓝牙应用：T212 支持蓝牙 Bluetooth class1 和 class2 应用。应用于 Bluetooth class1 时，T212 集成的功率放大器提供 20dBm 的输出，可以扩展蓝牙设备的有效传输距离至 100 米；T212 的低噪声放大器的噪声系数小于 2.6dB，可以很大的提高接收链路的灵敏度。应用于 Bluetooth class2 时，T212 通过改变控制逻辑，即可自动切换到 bypass

省电模式，此时不消耗电流。

2)Wi-Fi 应用：T212 的高集成度和低功耗优点，极适合手机 Wi-Fi 应用。功率放大器的静态工作电流可低至 10mA，低噪声放大器的工作电流仅 4.5mA。T212 应用于 802.11g OFDM 时，可输出功率 15dBm，消耗电流 60mA。芯片还集成了功率检测电路，提供完整的功率检测方案。 3)其他工业应用：T212 还可以广泛使用在其他 2.4GHz ISM 频段的无线应用上，包括 2.4G 无线数字影音传输模块、手持终端 PDA、智能玩具、自动化数据采集系统、工业无线控制等应用。对于无线设备而言，暴露在外界的天线端最容易遭受 ESD 损坏，T212 内部针对天线端做了 ESD 保护设计，人体模式下可抗静电 8000V，极大的增强了工业设备的安全性。 WLAN/WiMax 应用扩展针对更高功率的 WLAN/ WiMax 应用，锐迪科还推出了工作在 2.3~2.7GHz 频段的 W260 功放芯片， 3.3V 在电源工作时可输出线性功率 26dBm @ -30dBc IM3，在 5.0V 电源工作时可输出线性功率 29dBm@ -30dBc IM3。同时，用于 5.8GHz WLAN 的功放芯片 W560 也正在开发中，预计近期即可提供样片。这样，锐迪科可以提供 2.4G ISM 频段，涵盖 Bluetooth 和 Wi-Fi 等低功率射频模块到 WLAN/WiMax 等高功率放大器芯片的全套解决方案，充分满足客户的各种应用需求。