超小型低成本CDMA接收机前端

射频前端是影响便携式无线终端性能的关键，但同时它也是设计工程师公认的最头疼的设计领域，不仅很多参数很难调试，而且往往一点点不合理的版图布局都有可能使你多日的全部努力付诸东流。本文介绍了一家领先的RF供应商RF Micro Devices公司最新的CDMA射频前端解决方案，相信你定能从中得到很多启发。

对全球从事移动电话设计的射频工程师们来说，要在短时间内找到由性能好体积小的元件组成低成本射频前端的解决方案是一种挑战，设计CDMA手机当然也不例外。本文介绍由RF Micro Devices公司开发的新产品RF2870, RF2870是包括了CDMA低噪声放大器及前端混频器的集成芯片。这一芯片不仅集成度高和性能好，而且体积小价格低廉，是开发CDMA手机的很好选择。

以往CDMA手机设计人员认为，只有使用已有产品样板上的元件来开发手机才能迅速将其推向市场。虽然这种设计模式可以在一定范围内确保性能并减低在产品设计过程中对于射频和系统知识的需求。但是随着射频元件开发技术的不断进步，许多具有更高性能更小尺寸以及更高集成度的新元件的出现，使设计人员仅对系统板或样板作些小改动便可提高手机整体性能的做法成为可能。采用类似RF2870的CDMA低噪声放大器和前端混频器便可以很容易用来降低成本和减小手机尺寸。

当前移动电话市场竞争激烈制造商面临不断降低价格的压力。这就要求射频工程师的设计不仅要达到系统要求的技术指标，而且还要尽量做到降低成本。由于CDMA系统的材料成本要高于GSM系统，因此在降低成本方面的压力也就更重。所以对于设计CDMA系统的射频工程师来说，降低成本往往比提高性能难度更大

实践表明，在手机设计过程中，缩小射频元件的尺寸是至关重要的。现在新的CDMA低噪放/混频器的封装尺寸为3x3mm，这仅是5x5mm封装的36%。显然这样小的尺寸对增加手机功能或者缩小手机尺寸是极为有利的。

RF2870射频接收机前端的解决方案

RF2870是蜂巢频段低噪声放大器（LNA）和前端混频器集成芯片，它把869－894兆赫的CDMA接收信号放大并下变频到中频信号。RF2870的操作电压为直流2.75V。图1 为该芯片的功能框图。

RF2870 LNA 典型的性能值为：增益14.5dB，噪声系数1.1dB。该芯片的增益控制是用旁路LNA或前置放大器来实现的。在正常的弱信号下，LNA需设在高增益模式。在IS98标准中的交叉调制测试5和6所用的强信号下，LNA需设在旁路模式。为减小输入信号间交叉调制并达到所需的抗单音阻塞要求，该LNA具有很高的输入IP3。其典型值为11dBm。如果LNA前面的双工器损耗过高，LNA的增益可以很容易的通过11脚的外接电感来调整。电感越小增益越高。若要提高输入IP3来增进抗单音阻塞性能，则可通过加大电感降低增益来完成。为了便于使用，LNA的输入脚已经被匹配至50欧姆，外接元件仅需一个串联隔直电容和一个大的接地电感。该电感为低频信号提提供了低阻接地通道，这样有利于提高LNA的输入IP3。LNA的输出匹配电路也非常简单，仅需一个上拉电感和一个耦合电容来连接射频声表面波镜相抑制滤波器。

RF2870里的下变频器由一个可旁路的前置放大器和一个混频器组成。整个下变频器的转换增益为13dB，单边噪声系数为6.5dB，输入IP3为3dBm。在IS98交叉调制测试3和4条件下，为使变频器达到最大线性，前置放大器通常被旁路。混频器的中频差分输出经外接匹配连接中频声表滤波器。这一匹配电路还会在本文后面详细介绍。混频器的变频增益可以很容易的通过中频输出的匹配电路来调节。不同的匹配电路还可以实现从85兆赫到220兆赫的不同的中频频率。变频器的电流消耗可以通过外接的偏置电阻来调解。调整阻值可达到提高输入IP3或者节省电流消耗的目的。混频器本振（LO）输入口已匹配至50欧姆。芯片内的本阵放大器使得混频器在-10dBm到0dBm的本振输入功率范围内正常工作。RF2870还提供一个可选择的本振缓冲放大器。该放大器可向手机内的发射电路提供-5.5dBm的本振功率。它驱动负载并消耗2mA电流。

RF2870有四条CMOS输入数控线。ENABLE用于启动或关闭整个芯片。LNA Gain和MIX Gain控制该接收前端的增益。表1列出由它们控制的各种增益状态。BUF EN 选择是否提供本振输出。

RF2870采用高性能的锗硅（SiGe）HBT工艺制造而成。该工艺的晶体管转角频率fT高达47GHz。表2列出了RF2870的主要性能指标。

RF2870的设计充分考虑了CDMA IS98标准，正确使用后的RF2870低噪放/下变频器将达到该标准的全部指标并有足够余量。

混频器到中频声表的界面

只要采用适当的调试步骤，就可以很容易设计混频器输出到中频声表滤波器输入的界面电路。界面电路的作用为混频器提供正确的负载并实现到中频声表的阻抗匹配，它对于确保混频器的性能至关重要。

RF2870混频器的中频输出为差分结构。由于大多数测试仪器只支持50欧姆的单端口，要测试这样的混频器就必须把差分输出转换成单端输出。这种转换可以用合并电流结构（current combiner configuration）来完成（见图2上）。 此结构除了转换差分到单端外，还起到设定混频器负载注入电流及阻抗匹配的作用。它由可分成两组的四个元件组成。图2上中的C1和L2为第一组，它们用来确定混频器中频的负载。负载的大小决定混频器的转换增益。电感L2决定负载的大小，电感值越高寄生损耗越低（Q值越高）则转换增益越高。C1的电容值由所需的中频频率来决定，C1同L2谐振于中频频率。若所需的转换增益为13dB，在中频频率混频器经L1C2谐振电路后的输出阻抗约为1K到1.5K欧姆。

第二组由L1和C2组成，它们有两个功能。其一是将1K到1.5K欧姆的输出阻抗变换至测量仪器所用的50欧姆，其二是为混频器提供电源。至于如何计算L1和C2的值，因在专业教课书中均有阐述，这里不再赘述。需要指出的是，如果该混频器需接单端口的(single-ended)中频声表，可以调整L1和C2使终端的输出阻抗与声表的输入阻抗匹配。

调试混频器输出端的合并电流电路时，建议在手机线路板上进行，因为这样可以把电路布线的寄生电感电容及电阻考虑在内，从而使混频器性能达到最佳。中频声表可以单端驱动或差分驱动。对于单端驱动的中频声表，混频器输出的连接与匹配电路显示在图2上，并已在前面介绍过。对于差分驱动的中频声表，混频器可以通过类似合成电流结构来连接（见图2下）。这个界面电路由三部分组成，C1 L1和L2为第一部分，C2和C3为第二部分，L3为最后一部分。C1 L1和L2用来设定混频器的负载（即转换增益）并为其提供电源。这三个元件将谐振于所需的中频频率。C1的电容值应等于左图合并电流电路中的C1值，L1和L2则约为图2上中L2值的一半。C2和C3的作用使C1 L1 L2的谐振电路到中频声表的阻抗匹配。最后，L3的功能是抵销中频声表的输入端电感。由于中频声表的输入通常呈容性，需要外接平行电感来中和。需要指出，这些元件并不都是必须的。例如，当混频器的输出阻抗与中频声表的输入阻抗很接近时，则可省去C2和C3。整个调试过程需要考虑的板上线路寄生电容，元件的步局和相互耦合，以及不同厂商间元件的不同，否则很难达到最佳的性能指标。

芯片布板

RF2870采用被广泛使用的无引线塑料封装技术。RF Micro Devices已经用这种封装技术制造了上千万CDMA前端器件。RF2870所用的16脚3x3mm封装是现有最小封装之一。它同为数不多的外围元件组合便可构成一个小巧紧凑的接收前端。图3显示了该前端在线路板上的典型布局，其中除了四个0603尺寸的大电感外，其余均为0402元件。

小结

RF Micro Devices公司推出的蜂巢频段CDMA低噪声放大器/前端混频器集成芯片，其特点是成本低体积小。封装尺寸仅为3x3mm大小的RF2870已给当今CDMA手机前端设计提供了便捷实用的解决方案。RF2870不仅已批量生产，而且有本公司强大的销售及技术服务网的支持，所以手机设计工程师采用RF2870芯片来快速有效地降低CDMA手机成本时，完全具有现实的可操作性。

若需关于RF2870的详细资料以及包括RF6100 CDMA 4x4mm功放模块在内的本公司全部CDMA前端产品资料，均请与威讯联合半导体(北京)有限公司梁天波联系。

作者：Dr. Zhaoyang Wang，David Coveyou，Robert Kincaid

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