2.4GHz ISM射頻前端模塊的設計及應用

    2.4GHz工業(yè) 科學 醫(yī)療設備(ISM)是全世界公開通用使用的無線頻段，藍牙( Bluetooth)、 Wi-Fi、 ZigBee等短距離無線數(shù)據(jù)通信均工作在2.4GHz ISM頻段。  

    針對2.4GHz ISM頻段無線應用，銳迪科微電子公司推出了RDAT212射頻前端模塊。T212芯片集成了功率放大器( PA)、低噪聲放大器( LNA)、天線開關(Antenna Switch)和功率檢測器(Power Detector)，并特別增加PA帶通及LNA帶通的省電功能，內部還針對天線端做了 ESD保護設計。T212芯片采用標準的 QFN 3×3mm2超小型封裝，輸入和輸出已集成隔直電容和匹配電路，外圍元件僅需少量濾波電容，極大地簡化了 PCB設計。  

    高集成度、超小尺寸并提供省電功能的T212射頻前端模塊，在手機藍牙以及802.11.b/g擴展應用中大有可為。同時，T212芯片還具有優(yōu)異的線性度，支持Bluetooth 2.0的高速率應用。  

T212模塊的性能  

    T212射頻前端模塊內集成的功率放大器采用先進的砷化鎵異質結雙極晶體管( GaAs HBT)工藝制造，低噪聲放大器和天線開關采用增強型高電子遷移率場效應晶體管( E-PHEMT)工藝制造。盡管沒有采用差分PA的形式，但是T212依然為客戶提供了差分輸入管腳，從而使客戶不需要再關心差分轉單端的設計。  

    T212集成的功率放大器是一款高線性高效率PA，在2.4GHz~2.5GHz頻段內有20dB增益，線性輸出功率為18dBm時的三階交調IM3小于-30dBc。PA的靜態(tài)工作電流可低至10mA，飽和輸出功率可達23dBm，功率附加效率高達45%，這么高的效率有助于延長供電時間。  

                           圖1：T212射頻前端模塊的功能模塊圖。  

    T212集成的低噪聲放大器具有很高的線性度，在2.4GHz~2.5GHz頻段內有10dB增益，工作電流僅4.5mA，噪聲系數(shù)小于2.6dB(已包括開關損耗)，輸入三階交調點IIP3高達+8dBm。模塊內的LNA bypass功能，既可作為省電模式，又能增大接收機的動態(tài)范圍。  

    T212模塊提供了PA 帶通及LNA帶通的省電功能。無需硬件改動，僅通過改變控制邏輯，即可在正常工作模式和bypass省電模式間自由切換。在藍牙1類應用時，模塊可以在0dBm輸入條件下提供20dBm的輸出功率；在藍牙2類應用時，該模塊又可切換到PA帶通狀態(tài)，此時不消耗電流。  

    T212集成了功率檢測，通過測量PD端電壓可以檢測功放的輸出功率。該模塊采用了QFN 3×3mm2超小型封裝，輸入和輸出已經在內部匹配到50歐姆，客戶應用時不需要在PCB板上設計匹配電路，使得PCB板設計更加容易。功率放大器的輸出諧波已經抑制到-50dBc以下，應用時外部通常已不需要濾波器。這樣模塊外部僅需少量濾波電容，縮小了PCB板尺寸，并降低了系統(tǒng)成本，極適合對器件尺寸有特殊要求的手機藍牙應用。  

T212芯片的無線應用  

                            圖2：RDAT212的藍牙應用模塊。  

    1)藍牙應用：T212支持藍牙Bluetooth class1和class2應用。應用于Bluetooth class1時，T212集成的功率放大器提供20dBm的輸出，可以擴展藍牙設備的有效傳輸距離至100米；T212的低噪聲放大器的噪聲系數(shù)小于2.6dB，可以很大的提高接收鏈路的靈敏度。應用于Bluetooth class2時，T212通過改變控制邏輯，即可自動切換到bypass省電模式，此時不消耗電流。  

    2)Wi-Fi應用：T212的高集成度和低功耗優(yōu)點，極適合手機Wi-Fi應用。功率放大器的靜態(tài)工作電流可低至10mA，低噪聲放大器的工作電流僅4.5mA。T212應用于802.11g OFDM時，可輸出功率15dBm，消耗電流60mA。芯片還集成了功率檢測電路，提供完整的功率檢測方案。  

    3)其他工業(yè)應用：T212還可以廣泛使用在其他2.4GHz ISM頻段的無線應用上，包括2.4G無線數(shù)字影音傳輸模塊、手持終端PDA、智能玩具、自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工業(yè)無線控制等應用。對于無線設備而言，暴露在外界的天線端最容易遭受ESD損壞，T212內部針對天線端做了ESD保護設計，人體模式下可抗靜電8000V，極大的增強了工業(yè)設備的安全性。   

WLAN/WiMax應用擴展  

    針對更高功率的 WLAN/ WiMax應用，銳迪科還推出了工作在2.3~2.7GHz頻段的W260功放芯片，在3.3V電源工作時可輸出線性功率26dBm @ -30dBc IM3，在5.0V電源工作時可輸出線性功率29dBm@ -30dBc IM3。同時，用于5.8GHz WLAN的功放芯片W560也正在開發(fā)中，預計近期即可提供樣片。這樣，銳迪科可以提供2.4G ISM頻段，涵蓋Bluetooth和Wi-Fi等低功率射頻模塊到WLAN/WiMax等高功率放大器芯片的全套解決方案，充分滿足客戶的各種應用需求。