2G/3G多頻段射頻收發(fā)芯片的工作原理及應(yīng)用分析

針對上述應(yīng)用要求，廣嘉設(shè)計了一款芯片BG822CX，可實現(xiàn)GSM900、GSM1800、GSM1900、IS-95、 TD-SCDMA、SCDMA、PHS和 WCDMA多種制式收發(fā)功能，并且采用高中頻輸出結(jié)構(gòu)，適合于五類線傳輸。本產(chǎn)品解決了上述多協(xié)議RF信號的室內(nèi)覆蓋問題，同時實現(xiàn)體積小、功耗低、可靠性高的無線和有線信號之間的雙向轉(zhuǎn)換，其采用獨特的多協(xié)議收發(fā)芯片實現(xiàn)室內(nèi)分布系統(tǒng)的遠(yuǎn)端接入單元。本產(chǎn)品集成度高，外圍元件極少，最大限度地減少了系統(tǒng)開發(fā)開發(fā)難度和開發(fā)周期，極大地降低了生產(chǎn)成本。

BG822CX的基本特性

BG822CX工作在800到2200MHz。可覆蓋GSM900、GSM1800、GSM1900、IS-95、TD-SCDMA、SCDMA、PHS和 WCDMA共8個頻段，單芯片全集成完整射頻收發(fā)器。

BG822CX采用軟件控制技術(shù)，中頻可變結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用，中頻頻率可以在40-120MHz中任意配置。芯片內(nèi)置接收通道、發(fā)射通道、VCO和PLL。僅需一個SAW濾波器就可以實現(xiàn)接收功能；發(fā)射可直接輸出到片外功放，實現(xiàn)中頻到射頻的發(fā)射功能。接收發(fā)射共用同一個VCO/PLL，可以降低功耗、節(jié)約成本。

BG822CX接收通道提供56dB的增益調(diào)整范圍，5dB的低噪聲系數(shù)，同時提供多種帶寬選擇的中頻低通濾波器，可滿足不同應(yīng)用的需求。發(fā)射通道可以提供最大4dBm線性的單端輸出功率，并可以提供30dB的邊帶抑制功能。

該款芯片3.3V電源供電，可應(yīng)用于幾乎所有無線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中，對于解決移動通信多頻合路難題具有重要意義。

BG822CX的工作原理

如圖1所示，BG822CX收發(fā)芯片主要集成了兩大部分電路：接收部分Rx和發(fā)射部分Tx。接收機集成了包括低噪聲放大器，混頻器，VGA 和LPF在內(nèi)的所有模塊。發(fā)射機集成了包括 LPF，VGA，多相濾波器，調(diào)制器和輸出驅(qū)動器在內(nèi)的所有模塊。除上述的接收和發(fā)射部分電路，本產(chǎn)品還集成了帶隙基準(zhǔn)電流源(Bandgap)，為芯片內(nèi)各模塊提供穩(wěn)定的電流偏置。同時，本產(chǎn)品還集成SPI串行通信電路，實現(xiàn)芯片與片外系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。

圖1：BG822CX芯片原理圖。

接收機

接收機由低噪放LNA1, LNA2及射頻混頻器，AGC 和低通濾波器(RX LPF)組成。射頻信號由天線進入，經(jīng)過射頻濾波器連接到LNA1的輸入端，然后到達(dá)射頻混頻器(其功能是將射頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧蓄l信號)。為了維持電纜的中頻輸出電平恒定，內(nèi)部中頻AGC可以提供足夠的增益控制。

1)低噪放 LNA1

片上集成了兩個高性能，多頻帶的低噪放LNA1，第一個LNA1用于覆蓋IS-95 和 GSM900 的接收機。第二個LNA1用于覆蓋GSM1800, GSM1900, SCDMA, PHS, WCDMA 和 TD-SCDMA接收機。多頻帶LNA用于覆蓋寬帶頻率。頻率范圍從824MHz 到 2200MHz(不同時工作)：

IS-95：824MHz~869MHz；

GSM900：890MHz~915MHz；

GSM1800：1710MHz~1785MHz；

GSM1900：1850~1910MHz；

SCDMA：1785.25MHz~1804.75MHz；

PHS：1891.15MHz~1917.95MHz；

WCDMA：1920MHz~1980MHz；

TD-SCDMA：2010-2025MHz。

2)低噪放 LNA2+MIXER 混頻器

片上集成兩個低噪放LNA2+混頻器。第一個LNA2用于IS-95 和GSM900接收機。第二個LNA2用于GSM1800、GSM1900、SCDMA、PHS、WCDMA和TD-SCDMA接收機。

3)可變增益放大器 VGA, 低通濾波器 LPF

接收機通道濾波器是一個4階低通濾波器以提供必要的衰減濾波。通過控制3線串行總線，濾波器可以配置成不同中頻頻率?？勺冊鲆娣糯笃鱒GA，包括接收端VGA和發(fā)射端VGA，在40MHz到 120MHz頻率范圍內(nèi)均為線性1dB步進設(shè)計。

發(fā)射機

發(fā)射機實現(xiàn)把模擬中頻信號從發(fā)射通道進入，調(diào)制到射頻信號，通過功率放大器、濾波器和天線開關(guān)發(fā)送出去。發(fā)射機由中頻LPF、射頻混頻器和可變增益放大器構(gòu)成，并與外部帶通濾波器和功率放大器連接。

1)發(fā)射機低通濾波器(TX LPF)，可變增益放大器VGA

低通濾波器用于濾除由外部電纜輸入的中頻信號帶來的高次諧波。通過2位數(shù)字控制字，濾波器的截止頻率可以達(dá)到60MHz/90MHz/120MHz。低通濾波器是4階有源RC濾波器。為了補償電纜損耗，同時需要有中頻可變增益放大器VGA。發(fā)射機VGA提供在線性1dB步進的情況下，增益范圍是16dB。

2)射頻混頻器RF Mixer(上變頻)

在發(fā)送通道，使用一個多相濾波器用以抑制射頻混頻器中得到邊帶信號。上變頻混頻器用來產(chǎn)生所需要的射頻信號，并且設(shè)計成寬帶結(jié)構(gòu)，頻率范圍在824到2200MHz之間?；祛l器和中頻多相濾波器都有很高的邊帶抑制度。

3)可變增益放大器和功率放大器PA驅(qū)動器(VGA + Driver)

片上集成兩個功率驅(qū)動器。第一個PA驅(qū)動器用于IS-95 和GSM900發(fā)射機。第二個PA驅(qū)動器用于GSM1800、GSM1900、SCDMA、TD-SCDMA、WCDMA 和PHS發(fā)射機。為改善1dB壓縮點，PA驅(qū)動器采用單端，集電極開路輸出形式，用于外部匹配網(wǎng)絡(luò)需要，且易于和與通用的射頻過濾器連接。

除上述的接收和發(fā)射部分電路，本產(chǎn)品還集成了帶隙基準(zhǔn)電流源(Bandgap)，為芯片內(nèi)各模塊提供穩(wěn)定的電流偏置。同時，本產(chǎn)品還集成SPI串行通信電路，實現(xiàn)芯片與片外系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。

基于BG822CX的應(yīng)用實例

BG822CX芯片在TD-SCDMA 2010-2025MHz頻段的應(yīng)用原理圖如圖2所示。

圖2：BG822CX芯片在TD-SCDMA 2010-2025MHz頻段的應(yīng)用原理圖。

BG822CX在TD直放站中的應(yīng)用

圖3所示BG822CX在直放站的一個鏈路中的應(yīng)用，模塊從基站接收信號，放大后覆蓋盲區(qū)。

芯片內(nèi)部有35dB的可數(shù)控增益調(diào)節(jié)范圍，在TD-SCDMA 系統(tǒng)中，RF out 輸出-4dBm功率時，EVM值小于1.5%。用戶可在輸出級加功放，以滿足不同覆蓋區(qū)域的線性功率要求。

圖3：BG822CX在TD直放站中的應(yīng)用。

BG822CX填補了中國在移動無線通信自主研發(fā)領(lǐng)域中的一項空白。也是中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高頻寬帶射頻芯片技術(shù)的重大應(yīng)用。 該款芯片可廣泛應(yīng)用在無線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中。BG822CX芯片獨特的優(yōu)勢將使無線運營商和設(shè)備制造商能夠在一套多用途的方案中獲得強大的功能和智能性。