【技术】瑞萨开发出的两种2.4 GHz射频收发器技术，可实现了更小的安装面积和更好的电源效率

时间： 2022-03-30 来源：Renesas

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先进半导体解决方案的主要供应商瑞萨电子公司在2022年2月24日宣布开发出两种支持低功耗蓝牙 (LE) 低功耗近场通信的 2.4 GHz 射频收发器技术标准。新技术实现了更小的安装面积和更好的电源效率。瑞萨（RENESAS ）在2月20日至24日于旧金山举行的 2022 年国际固态电路会议 (ISSCC 2022) 上展示了这些技术。

图1 蓝牙 LE 射频收发器电路原型芯片照片

物联网设备除了要满足紧凑、低成本和高能效的要求，还必须能够对任何实现格式提供灵活的支持。瑞萨电子开发了两种新技术来满足这些要求：

1)匹配电路技术，它覆盖了较宽的阻抗范围，使 IC 能够在无需外部阻抗匹配电路的情况下，即可匹配各种天线和电路板的阻抗；

2)针对本地产生的参考信号的信号校正技术，它使用一个小电路来自我校正电路元件中的不一致性和周围条件的变化。

瑞萨电子已在采用 22-nm CMOS 工艺构建的蓝牙 LE 射频收发器电路原型上验证了这些技术的有效性。借助这些新技术，瑞萨将包括电源在内的电路面积减少到了0.84 mm²（这是世界上最小的此类设备）。这些成果是通过修改接收器架构以减少电感器的数量并进行增强来实现的，例如具有小安装面积的低电流基带放大器和高效的 D 类放大器。它们可以提供一流的电源效率，接收和传输期间的功耗分别为 3.6 mW 和 4.1 mW。这些进步可实现更小的尺寸、更低的电路板成本和更低的功耗，同时简化电路板设计过程。

新的射频收发器技术的好处是：

1. 覆盖宽阻抗范围的匹配电路技术（On-chip Antenna Impedance Tuner，片上天线阻抗调谐器，AIT）

瑞萨电子在 ISSCC 2015 上展示的集成阻抗匹配电路技术实现了紧凑且低成本的蓝牙 LE 产品，该产品无需外部电感器或电容器即可在接收和发送之间切换或阻抗匹配。然而，根据天线类型或电路板设计考虑，阻抗不一定达到50Ω，仍然需要外部匹配电路。此外，当使用早期技术并添加具有阻抗变化功能的匹配电路时，仍可能出现信号损耗增加和无法实现足够范围变化的问题。

为了解决这些问题，瑞萨开发了一种新的可变阻抗匹配电路技术，该技术由两个电感器和四个可变电容器组成。匹配电路中使用的发射端电感和接收端电感采用同心圆排列方式，利用它们的互感降低信号损耗，降低有效寄生电容。这既扩大了可变阻抗范围，又大大缩小了电路面积。表示阻抗失配的电压驻波比 (VSWR) 最大值为 6.8，可变阻抗范围约为 25 至 300 Ω。

2. 无需校准电路的参考信号自校正电路技术（Self-IQ-Phase Correction，自我IQ相位校正SIQC）

RF收发器在内部生成与通过天线接收的无线电信号大致相同频率的参考信号（本地生成的信号）。该信号用于将千兆赫频段无线信号转换为低频基带信号。参考信号的精度可能会因电路元件的不一致或温度或电源电压的变化等因素而降低。过去，使用校准电路的相位和幅度偏差补偿技术来准确生成参考信号。然而，这种方法导致了一些麻烦，因为集成这样的校准电路需要更大的芯片面积、更高的功耗和增加的测试成本。

瑞萨通过开发一种新的自 IQ 相位校正电路技术解决了这些问题，该技术使用四个不同相位的参考信号通过允许相位差相互抵消来相互校正。这种自校正电路要小得多，可以以大约是传统校准电路的十二分之一尺寸实现。对接收性能至关重要的镜像信号抑制比平均为 39 dB，符合蓝牙标准，并有充足的余量。

这些技术除了适用于低功耗蓝牙之外，还可用于其他不同类型的射频收发器，瑞萨电子目前正致力于这些技术的实际应用。