設(shè)計(jì)rf cmos藍(lán)牙收發(fā)器

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1、設(shè)計(jì)RFCMOS藍(lán)牙收發(fā)器作者：BobKoupalandMarshallWang,SigniaTechnologiesCoryEdelman,AgilentTechnologies(安捷倫科技)使用CMOSRFIC設(shè)計(jì)2.4GHz藍(lán)牙收發(fā)器需要在設(shè)計(jì)過程中的所有階段對關(guān)鍵性能進(jìn)行仔細(xì)的驗(yàn)證。這可以通過EDA軟件的幾個功能來實(shí)現(xiàn),如提供晶片廠模型庫,帶有藍(lán)牙測試信號的系統(tǒng)兼容性測試模板,還可以和測試儀器的鏈接,驗(yàn)證仿真數(shù)據(jù)和實(shí)際測量結(jié)果是否一致。藍(lán)牙設(shè)計(jì)問題使用藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的短程無線收發(fā)器預(yù)計(jì)將會集成到多種設(shè)備中，包括筆記本電腦、打印

2、機(jī)、傳真機(jī)、照相機(jī)、蜂窩電話、耳機(jī)、家用電器、PDA和其它便攜式計(jì)算設(shè)備。為滿足對體積、功耗和低價格的要求，需要采用高集成度的系統(tǒng)芯片（SoC）解決方案。目標(biāo)是免除昂貴的外部元件，例如聲表面波濾波器和電感器，把外部無源元件的數(shù)量減到最少，并且不需要使用外部RF調(diào)諧元件，使IC能適用于大批量生產(chǎn)的應(yīng)用。藍(lán)牙無線鏈接使用無須許可的2.4GHzISM頻段，信號在80個1MHz信道上以1,600跳/秒的速率跳頻。任何藍(lán)牙解決方案都必須能在包括其它藍(lán)牙設(shè)備、無繩電話、微波爐以及使用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)無線LAN系統(tǒng)的條件下可靠工作,這

3、些設(shè)備也工作在2.4GHz頻段.盡管單片射頻已經(jīng)是許多無線標(biāo)準(zhǔn)，例如GSM和CDMA電話規(guī)定的目標(biāo)，但藍(lán)牙是第一個不僅允許高集成度，而且要求高集成度，以滿足體積小價格低目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙IC設(shè)計(jì)要求更高的復(fù)雜程度，因?yàn)樗枰焉漕l、混合信號和數(shù)字功能模塊塊組合在一塊芯片上，甚至整體解決方案也只在兩塊獨(dú)立的IC上。兩芯片SoC解決方案SigniaTechnologies實(shí)現(xiàn)了一種兩芯片的藍(lán)牙SoC解決方案，它包括1片2.4GHz收發(fā)器IC（圖1）和1片基帶控制器IC。這種方法優(yōu)化了材料費(fèi)（BOM），并為各種應(yīng)用提供了最大的靈活性。射

4、頻IC包括1個級聯(lián)型低噪聲放大器（LNA），它帶有用于噪聲匹配的源吸收(degenerating)電感器和50Ω的輸入阻抗。該LNA的指標(biāo)為噪聲系數(shù)4dB，增益15dB，2.45GHz處的輸入三階截止點(diǎn)為-10dBm。該芯片還包括接收邊的IF濾波器、混頻器和解調(diào)器，以及發(fā)送邊的混頻器、濾波器和功率放大器（PA）。該功率放大器用芯片上的高Q值電感器與50Ω匹配，提供20dB增益，+8dBmP1dB和15%的功率增加系數(shù)(在P1dB處)。圖1SigniaUlyssesSBT5010藍(lán)牙收發(fā)器框圖。示出了對各重要功能塊所使用的主要仿真

5、模擬方法。該芯片還包括GFSK（高斯移頻鍵控）調(diào)制∕解調(diào)器，2.4GHzPLL，正交壓控振蕩器（VCO），可調(diào)諧IF濾波器，數(shù)字時鐘恢復(fù)電路，DC估算和控制邏輯。該壓控振蕩器是帶有片上諧振器和頻率調(diào)諧變?nèi)荻O管電路的完整RFIC。對于2.45GHz處的正交輸出，核心VCO僅消耗5mA。其單邊帶相噪距藍(lán)牙規(guī)范有10到15dB的容限?；鶐C包括整個藍(lán)牙核心功能，具有USB和UART接口，以及一個創(chuàng)新的主機(jī)接口，使該控制器能無需其它部件,就可經(jīng)配置用于PCMCIA、并行∕打印機(jī)端口和PCI接口。兩塊芯片間的通信通過一個8引腳的Blu

6、eRFmode-2雙向接口實(shí)現(xiàn)。本文著重介紹用于實(shí)現(xiàn)芯片組RF部件的方法。RF設(shè)計(jì)方法由于其高復(fù)雜度，藍(lán)牙射頻SoC需要采用不同的方法進(jìn)行模擬和布圖。傳統(tǒng)RF建造塊設(shè)計(jì)從元件技術(shù)指標(biāo)開始，選擇一種電路拓?fù)?，然后使用諧波平衡或封裝模擬的方法進(jìn)行仿真。在SoC設(shè)計(jì)中，需要同時使用幾種規(guī)范，這是因?yàn)殡娐匪ǜ哳l模擬和混合信號部分需要有類似SPICE的模擬和用于定時分析的Verilog，而其它部分則是純數(shù)字的，僅需Verilog模擬。在設(shè)計(jì)中，模擬部分有數(shù)百個有源元件，而數(shù)字部分則超過30,000門。設(shè)計(jì)的復(fù)雜性使設(shè)計(jì)者不能單獨(dú)使用一

7、種EDA工具模擬整個芯片，因此在系統(tǒng)級必須仔細(xì)計(jì)劃，確保系統(tǒng)中的每一個塊的都是正確的。第一個，也是最重要的系統(tǒng)參數(shù)是那些定義功率和噪聲預(yù)算的參數(shù)。藍(lán)牙是標(biāo)稱值為1mW（0dBm）的系統(tǒng)，這樣規(guī)定的目的是適于短距離工作,同時使其對其它無線系統(tǒng)的干擾很低。它在1MHz帶寬上使用高斯濾波頻移鍵控（GFSK）調(diào)制，誤碼率（BER）要求為0.1%，即21dB的載噪比（C/N）。1MHz帶寬下的熱噪聲本底為-114dBm。藍(lán)牙規(guī)范要求接收器靈敏度為-70dBm或更高，這是10米范圍的功率級。該規(guī)范意味著接收器噪聲系數(shù)最大為23dB。但藍(lán)牙的

8、實(shí)際應(yīng)用要求接收器靈敏度要達(dá)到-80至-85dBm的，以在最常用的各種室內(nèi)傳播環(huán)境中克服衰落的影響（圖2）。圖2定義藍(lán)牙接收器靈敏度的信號和噪聲電平。對于給定的藍(lán)牙要求，有多種可供選擇的工藝技術(shù)。可以使用BiCMOS，SOI或SiGe，但價格最低的工藝是CMOS