支持长距离蓝牙通信的RF前端模块应用分析

蓝牙通信是工作于2.4GHz2.48GHz频段的时分复用(TDD)技术，旨在取代电缆来连接便携式和/或固定设备，并保证高度安全性。蓝牙技术的主要特点在于功能强大、耗电量低、成本低廉，可以同时处理数据和语音传输。依据发射输出功率的不同，蓝牙传输有3种距离等级：Class1约为100米；Class2约为10米；Class3约为23米。

针对长距离蓝牙技术应用，锐迪科微电子公司推出了RDAT224和RDAT212射频前端模块芯片。RDAT224芯片集成了功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)和T/R射频开关。芯片的输入和输出已经在模块内部匹配到50Ω。封装形式采用适合射频模块设计的LGA，尺寸仅为5×5mm²，非常适合USB Dongle Class1产品设计。

RDAT212芯片也同样集成了PA、LNA和天线开关，并特别增加PA bypass及LNA bypass的省电功能。芯片的输入和输出已经在模块内部匹配到50Ω，产品尺寸进一步减小到3×3mm²。省电和小尺寸的优点使得RDAT212芯片未来适用于手机蓝牙以及802.11.b/g扩展应用。

同时，这两款产品都具有不错的线性度，支持Bluetooth 2.0的高速率应用。

内部电路组成

RDAT224射频前端模块内集成的PA和LNA均采用先进的砷化镓异质结双极晶体管(GaAs HBT)工艺制造，T/R射频开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管(E-PHEMT)工艺制造。尽管没有采用差分PA的形式，但是RDAT224依然提供了差分输入管脚，从而使用户不需要再关心差分转单端的设计。

PA在2.4GHz2.5GHz频段内有20dB增益，这样，RDAT224模块在0dBm输入条件下即可提供20dBm输出功率，满足Class1功率输出要求。PA在21dBm输出时的功率附加效率高达40%，有助于延长供电时间。

LNA在2.4GHz2.5GHz频段内有15dB增益，静态工作电流仅9mA，噪声系数小于3dB，输入三阶交调点IIP3为-5dBm。

模块的输入和输出已经在内部匹配到50Ω，客户应用时不需要在PCB上设计匹配电路，使得PCB设计更加容易。PA的输出谐波已经抑制到-50dBc以下，应用时外部通常已不需要滤波器。这样模块外部仅需少量滤波电容，极大地缩小了PCB尺寸，并降低了系统成本。

RDAT212增加了PA bypass及LNA bypass的省电功能。在Class1应用时，模块可以在0dBm输入条件下提供20dBm的输出功率；在Class2应用时，模块又可切换到PA bypass状态，此时不消耗电流。

图1：RDAT224内部结构示意图

图2：RDAT212内部结构示意图。

LNA采用了E-PHEMT工艺，进一步降低了噪声系数，并且提高了线性度。LNA在2.4GHz2.5GHz频段内有13dB增益，静态工作电流仅5mA，噪声系数小于2dB，输入三阶交调点IIP3高达8dBm。LNA bypass功能既可以作为省电模式，又能增大接收机的动态范围。

RDAT212的输入和输出已经在内部匹配到50Ω，并且芯片内部集成了谐波抑制电路。