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《低功率CMOS無(wú)線射頻芯片設(shè)計(jì)要點(diǎn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、www.ed-china.com低功率CMOS無(wú)線射頻芯片設(shè)計(jì)要點(diǎn)笙科電子研發(fā)處長(zhǎng)張德智/行銷經(jīng)理蕭昭仁無(wú)線通訊市場(chǎng)的趨勢(shì)一直朝向低成本、低消耗功率、小體積等目標(biāo)。短距離裝置產(chǎn)品(Short-RangeDevices)更在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(見圖一)概念的推波助瀾下，帶動(dòng)了射頻芯片(RFIC)的需求量大增，射頻收發(fā)器(TRX)要達(dá)到低功耗設(shè)計(jì)，低電壓工作是必要條件，然而，電路的效能與工作電壓有關(guān)，在兼顧到效能與低功耗之間，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，RFIC之制作技術(shù)日新月異。高速、低功率組件更是眾所矚目之焦點(diǎn)，目前0.13um
2、RFCMOS工藝的晶體管，fT值可達(dá)到60GHz，這表示CMOS晶體管有足夠的能力來(lái)處理高頻訊號(hào)，所以產(chǎn)業(yè)界的主流幾乎以RFCMOS技術(shù)，致力于低功率RFIC的優(yōu)化與研究。圖一DustSensor結(jié)合無(wú)線RFIC的范例(UCBerkley)本文將以笙科電子的2.4GHzIEEE802.15.4射頻收發(fā)器為例(適用于Zigbee標(biāo)準(zhǔn)，RF4CE則是基于Zigbee的遙控器應(yīng)用規(guī)范)，介紹超低功率CMOS無(wú)線射頻芯片的設(shè)計(jì)概要，從電路設(shè)計(jì)到系統(tǒng)觀點(diǎn)，向讀者說明芯片設(shè)計(jì)和應(yīng)用需要考量的地方。該芯片設(shè)計(jì)考慮必須涵蓋，通訊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、
3、電路的行為模式。在接收部分，介紹了2.4GHz射頻訊號(hào)從天線接收后，進(jìn)入LNA放大訊號(hào)，經(jīng)由Mixer，F(xiàn)ilter，Limiter，RSSI，到達(dá)數(shù)字解調(diào)器，最后把接收數(shù)據(jù)存入RX-FIFO。另一方面，TX-FIFO內(nèi)的數(shù)字信息經(jīng)過VCO與雙點(diǎn)差異積分調(diào)變器(two-pointdelta-sigmamodulation)調(diào)變，把調(diào)變后的射頻訊號(hào)透過PA放大，最后經(jīng)由www.ed-china.comwww.ed-china.com天線輻射出去，本文亦會(huì)從系統(tǒng)觀點(diǎn)，提出天線與PCB硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)，配合軟件控制，協(xié)助讀者理解如何
4、透過A7153實(shí)現(xiàn)低功耗的Zigbee或RF4CE射頻網(wǎng)絡(luò)。Zigbee調(diào)變方式與PA設(shè)計(jì)的考慮2.4GHzZigbee標(biāo)準(zhǔn)定義250kbps展頻(DSSS)數(shù)據(jù)傳輸速率，并采用偏移四相移鍵調(diào)變加半正弦脈波整型調(diào)變方式(Offset-QPSKwithhalf-sinepulseshaping)，其等效于最小頻移鍵調(diào)變(MSK)。MSK相較于相移鍵調(diào)變(PSK)或正交分頻多任務(wù)(OFDM)，是一種恒包絡(luò)(constantenvelope)的調(diào)變方式，因此可以選用線性度不高但效率較高的功率放大器，以降低TX功耗。TX發(fā)射器設(shè)計(jì)
5、考慮數(shù)字調(diào)變系統(tǒng)中，IQ調(diào)變是一種常見的架構(gòu)。該架構(gòu)將調(diào)變的Data分成IQ成分，經(jīng)由半正弦脈波整型及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)成模擬IQ訊號(hào)。再透過四相混頻器(quadraturemixer)升頻至RF訊號(hào)。由于IQ訊號(hào)使用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，因此有較準(zhǔn)確的調(diào)變指數(shù)(modulationindex)，缺點(diǎn)是需要較多的電路。另一方面，由于2.4GHzZigbee調(diào)變等效于MSK，而MSK可視為頻移鍵調(diào)變(FSK)的一種，因此可以利用壓控振蕩器(VCO)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻移。由于不需要混頻器等電路，因此得以降低電路復(fù)雜度及功耗。VCO調(diào)變?cè)O(shè)
6、計(jì)有兩種，其一為開回路(openloop)，其二為閉回路(closeloop)。開回路調(diào)變直接利用數(shù)據(jù)控制VCO頻率，而未使用鎖相回路(PLL)或?qū)LL斷開。這樣雖可擁有較低功耗，但因頻率未被鎖住，會(huì)有惱人的頻漂(frequencydrift)問題。相對(duì)而言，閉回路系統(tǒng)通常采用delta-sigmamodulation，它的方法是改變PLL除頻器的除數(shù)，進(jìn)而改變鎖相頻率，其結(jié)果的VCO頻率是牢牢被鎖住的，因此可以解決頻漂的問題。但是受到回路頻寬(loopband-width)的限制，通常適用于低數(shù)據(jù)率的系統(tǒng)。想要利用閉回
7、路架構(gòu)達(dá)到高數(shù)據(jù)率，則可采用雙點(diǎn)差異積分調(diào)變器(two-pointdelta-sigmamodulation)，即在差異積分調(diào)變上加入VCO調(diào)變。數(shù)據(jù)經(jīng)由差異積分調(diào)變的路徑上有低通(lowpass)的效果，即高頻數(shù)據(jù)會(huì)被濾掉。相對(duì)地，在VCO調(diào)變的路徑上有高通(highpass)的效果。兩者互補(bǔ)的結(jié)果，即可完整地調(diào)變數(shù)據(jù)。值得注意的是，VCO的電壓對(duì)頻率轉(zhuǎn)換曲線，會(huì)因半導(dǎo)體工藝而有變異，因此需要額外的校正電路來(lái)校正頻移量。若設(shè)計(jì)的VCO有較線性的電壓對(duì)頻率轉(zhuǎn)換曲線，則可大大降低校正電路的復(fù)雜度。www.ed-china.c
8、omwww.ed-china.comRX接收器設(shè)計(jì)考慮零中頻(Zero-IF)及低中頻(Low-IF)是易于實(shí)現(xiàn)整合型接收器的兩種架構(gòu)。零中頻接收器是將RF訊號(hào)降頻至基頻(base-band)，然后用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)成數(shù)字訊號(hào)，再用數(shù)字訊號(hào)處理器(DSP)將數(shù)據(jù)解調(diào)出來(lái)。由于中頻頻率為零，因此
