2.4GHz ISM射频前端模块的设计及应用

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         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-FiZigBee等短距离无线数据通信均工作在2.4GHzISM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 3×3mm2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。


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 3×3mm2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


图2:RDAT212的蓝牙应用模块。

         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,在3.3V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。

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