瑞薩電子開發(fā)新的低功耗藍(lán)牙射頻收發(fā)器技術(shù)

瑞薩電子公司最近宣布為支持藍(lán)牙低功耗 (LE) 低功耗近場通信標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)兩種 2.4GHz 射頻收發(fā)器技術(shù)。借助新的匹配電路和信號校正技術(shù)，瑞薩電子設(shè)計(jì)了一款原型電路，據(jù)稱它是最小的藍(lán)牙 LE 射頻收發(fā)器，同時(shí)提高了電源效率。

瑞薩電子開發(fā)了這些技術(shù)來幫助那些對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的射頻專業(yè)知識要求越來越高的公司。“與智能手機(jī)和 PC 工程師相比，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的增加需要非射頻技術(shù)專家的工程師提供射頻功能，”瑞薩電子連接與音頻業(yè)務(wù)部高級首席工程師 Hisayasu Sato 博士說?！癇LE 需要便于許多非射頻專家的工程師使用?！?/p>

新的匹配電路技術(shù)覆蓋了很寬的阻抗范圍，使 IC 無需外部阻抗匹配電路即可匹配各種天線和電路板阻抗。瑞薩電子表示，針對本地生成的參考信號的新信號校正技術(shù)使用一個(gè)小電路來自我校正電路元件中的不一致性和周圍條件的變化，而無需校準(zhǔn)。

該公司已在基于 22 納米 CMOS 工藝的藍(lán)牙 LE 射頻收發(fā)器電路原型上驗(yàn)證了這些技術(shù)。該原型展示了包括電源在內(nèi)的縮小電路面積，尺寸為 0.84 mm 2。小尺寸是通過修改接收器架構(gòu)以減少電感器的數(shù)量并進(jìn)行增強(qiáng)，例如具有小安裝面積的低電流基帶放大器和高效的 D 類放大器來實(shí)現(xiàn)的。

此外，瑞薩聲稱擁有一流的電源效率，接收和傳輸期間的功耗分別為 3.6 mW 和 4.1 mW。對于設(shè)計(jì)人員來說，這些進(jìn)步可以轉(zhuǎn)化為更小的尺寸、更低的電路板成本、更低的功耗和更簡單的電路板設(shè)計(jì)過程。

參考信號自校正電路技術(shù)無需校準(zhǔn)電路。。（來源：瑞薩電子）

匹配電路技術(shù)覆蓋廣泛的阻抗范圍

大約六年前，瑞薩展示了一種集成阻抗匹配電路技術(shù)，該技術(shù)能夠設(shè)計(jì)緊湊且低成本的藍(lán)牙 LE 產(chǎn)品，無需外部電感器或電容器即可在接收和傳輸之間切換或阻抗匹配。

但瑞薩電子表示，阻抗不一定達(dá)到 50 Ω，具體取決于天線或電路板設(shè)計(jì)，仍然需要外部匹配電路。此外，該公司表示，當(dāng)使用早期技術(shù)并添加具有阻抗改變功能的匹配電路時(shí)，可能會出現(xiàn)其他問題，包括信號損耗增加和無法實(shí)現(xiàn)足夠的變化范圍。

為了解決這些挑戰(zhàn)，瑞薩開發(fā)了一種新的可變阻抗匹配電路技術(shù)，由兩個(gè)電感器和四個(gè)可變電容器組成。瑞薩電子表示，在這種新設(shè)計(jì)中，匹配電路中使用的發(fā)射器側(cè)電感器和接收器側(cè)電感器配置為同心排列，它們的互感用于減少信號損耗并減少有效寄生電容。

結(jié)果是擴(kuò)展的可變阻抗范圍和更小的電路面積。瑞薩確認(rèn)電壓駐波比 (VSWR) 最大值為 6.8，可變阻抗范圍約為 25 至 300 Ω。

參考信號自校正電路技術(shù)省去了校準(zhǔn)電路

瑞薩電子表示，RF收發(fā)器在內(nèi)部生成與通過天線接收的無線電信號頻率大致相同的參考信號，該信號用于將千兆赫頻帶無線信號轉(zhuǎn)換為低頻基帶信號。該公司表示，挑戰(zhàn)在于參考信號精度可能會因電路元件的不一致或溫度或電源電壓的變化等因素而降低。

補(bǔ)償技術(shù)已用于相位和幅度偏差，并帶有校準(zhǔn)電路，以準(zhǔn)確生成參考信號。但是有幾個(gè)挑戰(zhàn)。瑞薩電子表示，集成校準(zhǔn)電路需要更大的芯片面積、更高的功耗和更高的測試成本。

瑞薩電子的新型自 IQ 相位校正電路技術(shù)解決了這些挑戰(zhàn)，該技術(shù)使用四個(gè)不同相位的參考信號通過允許相位差相互抵消來相互校正。瑞薩表示，“對接收性能至關(guān)重要的鏡像信號抑制比平均為 39 dB，符合藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，并且有充足的余量?！?/p>

此外，自校正電路的尺寸約為傳統(tǒng)校準(zhǔn)電路的十二分之一。瑞薩電子表示，它還具有功耗和成本優(yōu)勢。

除低功耗藍(lán)牙外，這些技術(shù)還可用于不同類型的射頻收發(fā)器。“由于它不僅是一種僅限于 BLE 的技術(shù)，因此假設(shè)了 Wi-Fi 和 sub-GHz 等應(yīng)用，但我們將在未來繼續(xù)進(jìn)一步研究以確定它是否真正適用。這些技術(shù)有助于這些無線應(yīng)用的低成本和低功耗，”佐藤說。

瑞薩電子目前正致力于這些技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。Sato 表示，該公司剛剛開始考慮將這些技術(shù)用于其 MCU 和無線產(chǎn)品。目標(biāo)發(fā)布日期尚未確定。

審核編輯 黃昊宇