2G/3G多頻段射頻收發(fā)芯片的工作原理及應用分析

針對上述應用要求，廣嘉設計了一款芯片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?？筛采wGSM900、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，可應用于幾乎所有無線基礎設施設備中，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的應用實例

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

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

BG822CX在TD直放站中的應用

圖3所示BG822CX在直放站的一個鏈路中的應用，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)的重大應用。 該款芯片可廣泛應用在無線基礎設施設備中。BG822CX芯片獨特的優(yōu)勢將使無線運營商和設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。