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(nèi)部還針對天線端做了ESD保護設計。T212芯片采用標準的QFN 33mm²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(nèi)集成的功率放大器采用先進的砷化鎵異質(zhì)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(nèi)有20dB增益，線性輸出功率為18dBm時的三階交調(diào)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(nèi)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(diào)點IIP3高達+8dBm。模塊內(nèi)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 33mm²超小型封裝，輸入和輸出已經(jīng)在內(nèi)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(jīng)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(nèi)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。