RDATD-SCDMAGSM雙模射頻收發(fā)器芯片基本特性

1、這是一款全集成的 CMOS 射頻收發(fā)器芯片，采用了業(yè)界主流的 0.18mCMOS 半導(dǎo)體工藝制造，片內(nèi)集成了射頻接收機(jī)和射頻發(fā)射機(jī)，同時(shí)還集成了模擬基帶（ABB）功能，能夠同時(shí)支持模擬基帶信號(hào)接口和數(shù)字基帶信號(hào)接口。 iK 芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的 48 腳 QFN 封裝， 封裝尺寸只有 7mmX7mm,是目前市場(chǎng)上同類產(chǎn)品中集成度最高，功能最全、成本最低的一款產(chǎn)品。該芯片能夠同時(shí)支持 TD-SCDMA3G 標(biāo)準(zhǔn)（3GPP）定義的兩個(gè)工作頻段（18801920MHz 和 20102025MHz）和 GSM 標(biāo)準(zhǔn)定義的四個(gè)工作頻段（GSM850MHz、EGSM900MHz、DCS1800MHz 和 PCS

2、1900MHz）,并且能夠在這兩種模式、六個(gè)頻段之間自由切換。在架構(gòu)上，該芯片的 TD-SCDMA 接收機(jī)采用數(shù)字零中頻（DigitalZero-IFArchitecture）的架構(gòu)，而發(fā)射機(jī)采用的是直接上變頻（Direct-UpconversionArchitecture）的架構(gòu)；對(duì)于 GSM 模式，其接收機(jī)采用數(shù)字近零中頻架構(gòu)（DigitalLow-IFArchitecture）,而發(fā)射機(jī)采用頻率綜合器直接調(diào)制架構(gòu)（Sigma-DeltaFrequencySynthesizerModulation）。該芯片片上全集成了低噪音放大器（LNA）,射頻可變?cè)鲆娣糯笃鳎≧FVGA）,上、下變頻混頻

3、器（Mixer）,模擬 LED 驅(qū)動(dòng)（Ffilter）,模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器（A/D、D/A）,頻率綜合器（FrequencySynthesizer）和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。只需要少量外圍元件，就能構(gòu)成完整的射頻子系統(tǒng)，并且可以通過選擇模擬或數(shù)字基帶接口支持目前市場(chǎng)上的所有基帶芯片方案，同時(shí)比其他任何整體方案 BOM 都少 20%以上。此款芯片內(nèi)還集成了數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器（DCXO）,只需要外接一個(gè)普通晶體就可以產(chǎn)生精確的片上參考時(shí)鐘，這不但可以降低整個(gè)方案的成本，還使得整個(gè)系統(tǒng)對(duì)溫度變化帶來的頻率漂移更加不敏感，進(jìn)而滿足發(fā)射接收頻偏0.1ppm 這樣苛刻的 GSM 標(biāo)準(zhǔn)要求。而目前市場(chǎng)上大多

4、數(shù)傳統(tǒng)方案中，用戶一般都選擇更為昂貴的TCXO（溫補(bǔ)晶振）。作為一款全集成的 TD-SCDMA/GSM 雙模射頻收發(fā)器芯片有著優(yōu)異的射頻性能，其 TD-SCDMA 頻段接收鏈噪聲系數(shù)小于 4dB,發(fā)射鏈誤差矢量幅度（EVM）小于 3%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)要求；同時(shí)其 GSM 頻段接收靈敏度達(dá)-108dBm，遠(yuǎn)超過 GSM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的-102dBm;其發(fā)射頻譜 400kHz 的 ACPR 達(dá)到-70dBc,比同類產(chǎn)品提高了 35dB 該芯片的另一卓越性能表現(xiàn)在其采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的頻率綜合器，它表出了優(yōu)異的相位噪聲性能和快速鎖相特性(小于 20 曲)。得益于它的快速鎖相性能，整個(gè)芯片在不同模

5、式和不同頻段之間都可以在非常短時(shí)間內(nèi)完成無縫切換，接收鏈和發(fā)射鏈也能夠在非常短時(shí)間內(nèi)完全打開和建立。RDATD-SCDMA/GSM 雙模射頻收發(fā)器芯片工作原理原理框圖如圖 1 所示。由于該芯片是一款雙模芯片，這里分別描述其工作原理。TD-SCDMA 模式TD-SCDMA 的接收機(jī)采用先進(jìn)的數(shù)字零中頻架構(gòu)。當(dāng)芯片工作在 TD-SCDMA 模式的接收模式時(shí)，從天線接收下來的射頻信號(hào)經(jīng)過外接的聲表面濾波器(SAWfilter)送給芯片內(nèi)部的低噪聲放大器(LNA),經(jīng)過放大的射頻信號(hào)然后送給正交下變頻混頻器(Down-conversionMixer),直接變頻到零中頻(Zero-IF),然后信號(hào)經(jīng)過模

6、擬濾波器(AnalogFilter)后直接送給高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Sigma-DeltaA/D),之后信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在芯片內(nèi)部有一個(gè)功能強(qiáng)大的專用數(shù)字處理器(DSP),從 A/D 輸出的數(shù)字信號(hào)通過 DSP 后被進(jìn)一步的濾波。同時(shí)，為了消除整條接收鏈的直流失調(diào)(DCoffset),在 DSP 中有一個(gè)帶寬可調(diào)的數(shù)字高通濾波器用來濾除信號(hào)中的直流失調(diào)分量。由于此款芯片支持兩種基帶信號(hào)接口模式，在采用模擬基帶接口模式時(shí)，DSP 輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過一個(gè)高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)后送給基帶芯片。當(dāng)采用數(shù)字基帶接口模式時(shí)，經(jīng)過 DSP 處理的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到一定的采樣頻率后直接送給數(shù)字基帶芯片進(jìn)

7、一步處理。整個(gè)接收鏈為了能夠接收不同強(qiáng)度的射頻信號(hào)要具有很大的增益動(dòng)態(tài)范圍。這些增益動(dòng)態(tài)范圍在這里分別在模擬部分的 LNA、Mixer 和 Filter 和數(shù)字部分的 DSP 中實(shí)現(xiàn)，總的增益范圍可以達(dá)到 100dB。另外，整個(gè)接收鏈的濾波器帶寬選擇在 800kHz 以內(nèi)，以滿足 TD-SCDMA 信號(hào)帶寬的要求。TD-SCDMA 的發(fā)射機(jī)采用直接上變頻架構(gòu)(Direct-Upconversion)。在這一模式下，基帶信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)帶寬大于800kHz 的低通濾波器濾波后送給上變頻混頻器(Up-conversionMixer)，信號(hào)被調(diào)制成射頻信號(hào)，然后再經(jīng)過一個(gè)射頻增益放大器(RFVGA)對(duì)

8、信號(hào)進(jìn)行放大后再去驅(qū)動(dòng)片外的功率放大器(PA)O相似地，在采用模擬基帶接口模式時(shí)，基帶信號(hào)送給片上低通濾波器。而當(dāng)采用數(shù)字基帶接口模式時(shí)，片上的數(shù)模轉(zhuǎn)換器會(huì)先將基帶數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬，然后再送給片上低通濾波器。整個(gè)發(fā)射鏈能夠提供超過 80dB 范圍的增益動(dòng)態(tài)范圍，從而能夠有效地將基帶信號(hào)發(fā)射出去。整個(gè)發(fā)射鏈的增益分別在混頻器、射頻增益放大器以及片外的功率放大器上實(shí)現(xiàn)。圖 1RDA 雙模射頻收發(fā)器芯片原理框圖GSM 模式GSM 的接收機(jī)采用業(yè)界流行的數(shù)字近零中頻架構(gòu)。當(dāng)芯片工作在 GSM 接收模式時(shí)，從天線接收的射頻信號(hào)，通過差分端口輸入芯片，首先進(jìn)入前端的低噪音放大電路(LNA),隨后信號(hào)進(jìn)入

9、正交下變頻混頻器(Mixer),下變頻到 100kHz 的近零中頻，然后再通過一個(gè)中心頻率在 100kHz 的復(fù)數(shù)帶通濾波器，濾除帶外的干擾信號(hào)，之后，信號(hào)送給高性能的 A/D,模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。接下來，數(shù)字信號(hào)送給 DSP,在這里，中頻為 100kHz 的信號(hào)被第二次下變頻到零中頻，之后，與 TD-SCDMA接收機(jī)中類似，要完成直流偏移消除(DCoffsetcancellation),頻率選擇濾波，數(shù)字信號(hào)放大等功能。相似地，在采用模擬基帶接口模式時(shí)，DSP 輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過一個(gè)高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)后送給基帶芯片。當(dāng)采用數(shù)字基帶接口模式時(shí)，經(jīng)過 DSP 處理的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到

10、一定的采樣頻率后直接送給數(shù)字基帶芯片進(jìn)一步處理。TUGSMHdTl)取mom叫卬Qrh，店Mm*工ilQrn1isMd-MMQ-iSMi.MlsjJLF!FLiPwIIII丁3TilQrmdisTfii整個(gè) GSM 接收鏈路增益靈活可調(diào)，最大可以提供超過 100dB 的增益范圍，在基帶芯片的 AGC 策略下,可以在保證足夠信躁比（SNR）的同時(shí)，接收從-102dBm 到-15dBm 不同強(qiáng)度的射頻輸入信號(hào)。GSM 發(fā)射機(jī)采用當(dāng)今國際先進(jìn)的頻率綜合器直接調(diào)制架構(gòu)。當(dāng)芯片工作在 GSM 發(fā)射模式時(shí)，需要將基帶芯片送來的模擬基帶信號(hào)，變成射頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)射頻前端功率放大器（PA）發(fā)射出去。由于 GSM

11、 標(biāo)準(zhǔn)采用了 GMSK 這種恒定包絡(luò)調(diào)制方式，所有有用的信息都是攜帶在射頻信號(hào)的相位域上，所以信號(hào)可以被射頻載波直接調(diào)制后發(fā)射。在模擬基帶接口模式時(shí)，芯片輸入的全 II 擬基帶信號(hào)，首先被片上的 A/D 采樣量化，然后判決出其中攜帶的相位調(diào)制信息，將此相位調(diào)制信息進(jìn)行微分處理，然后通過 Sigma-Delta 頻率綜合器，將調(diào)制信息疊加到當(dāng)前的載波頻率值上，這樣頻率綜合器輸出的本振信號(hào)就是已經(jīng)調(diào)制過的射頻發(fā)射信號(hào)。頻率綜合器輸出的射頻調(diào)制信號(hào)通過功率放大器驅(qū)動(dòng)模塊，可以直接驅(qū)動(dòng) 50 歐姆的功率放大器。在數(shù)字基帶接口模式時(shí)，芯片輸入的數(shù)字基帶信號(hào)在 DSP 部分直接進(jìn)行相位調(diào)制操作，通過與上述

12、一樣的方法直接經(jīng)過頻率綜合器調(diào)制后送給外片功勞放大器。整個(gè)芯片由一個(gè)頻率綜合器提供本振和產(chǎn)生載波射頻信號(hào)，除了 850MHz 和 900MHz 這兩個(gè) GSM 頻段模式下頻率綜合器輸出 4 倍頻的本振信號(hào)，其他模式下頻率綜合器都輸出 2 倍頻的本振信號(hào)。RDATD-SCDMA/GSM 射頻收發(fā)器芯片應(yīng)用如上所述，RDATD-SCDMA/GSM 雙模射頻收發(fā)器芯片可以支持目前市場(chǎng)上所有商用化基帶芯片，實(shí)現(xiàn) TD-SCDMA的終端整體解決方案；同時(shí)，RDATD-SCDMA/GSM 也支持市場(chǎng)上多數(shù)主流 GSM 基帶芯片，實(shí)現(xiàn) GSM 的終端整體解決方案，設(shè)計(jì)出體積小巧、性能優(yōu)異、成本低廉的手機(jī)用戶

13、終端。圖 2 所示為 RDATD-SCDMA/GSM 芯片的應(yīng)用原理圖，由于芯片具有很高的集成度，整個(gè)終端解決方案的射頻部分，只包括射頻天線、射頻功率放大器、功放開關(guān)模塊、射頻聲表面波濾波器（SAW）、DCXO 晶體和少量的分離元件，不僅大大降低了元件成本，而且減少了射頻印刷電路版（PCB）的設(shè)計(jì)難度。在接收模式下，從天線接收下來的射頻信號(hào)經(jīng)過一個(gè)單轉(zhuǎn)雙的 SAW,然后通過片外匹配網(wǎng)絡(luò)送給芯片內(nèi)部的 LNA。在 TD-SCDMA 發(fā)射模式下，芯片內(nèi)部送出射頻信號(hào)給 RDA8212TD-SCDM 功率放大器，然后經(jīng)天線發(fā)射出去，而改功率放大器所需要的偏置電壓（PABIAS）由 RDA 雙模芯片輸

14、出；在 GSM 發(fā)射模式下，芯片內(nèi)部的信號(hào)送給 RDA6212GSM 功率放大器，再經(jīng)過天線發(fā)射出去，該模塊所需要的 PARAMP 信號(hào)由 RDA 收發(fā)器芯片輸出。RDA8212 是一款高效率線性功率放大器，支持 TD-SCDMA 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射頻段，該功率放大器支持高低功率兩種模式，效率更加優(yōu)化。RDA6212 是一款四頻段非線性放大器，適用于 GSM 標(biāo)準(zhǔn)的四個(gè)發(fā)射頻段，具有非常高的效率。同時(shí)，RDA 還可以不同的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)提供單刀雙擲到單刀九擲等天線開關(guān)模塊。RDATD-SCDMA/GSM 雙模射頻收發(fā)器芯片支持兩種基帶信號(hào)接口，可以同時(shí)支持帶模擬基帶功能的基帶芯片，此時(shí)，只需要將該芯片的模擬基帶接口與基帶芯片的模擬基帶接口直接相連即可；也可以支持純數(shù)字的基帶芯片（DBB）,此時(shí)，只要按照所支持的工作模式將 RDA 雙模芯片的數(shù)字基帶接與數(shù)字基帶芯片的基帶接口連接。RDA 此款芯片支持 3 線或 4 線串行數(shù)據(jù)接口（SPI）模式，所有的控制信號(hào)都可以通過 SPI 寫入或讀取，包括自動(dòng)功率控制（APC）、自動(dòng)增益控制（AGC）和自動(dòng)頻率控制（AFC）都可以通過 SPI 寫入的方式來完成。另外，芯