手機(jī)中內(nèi)置天線FM收音機(jī)小型低噪聲放大器

FM收音機(jī)模塊已經(jīng)成為很多時(shí)下手機(jī)及帶耳機(jī)設(shè)備的標(biāo)配，它們基本都是用耳機(jī)線作為FM的天線。因?yàn)槎鷻C(jī)線作為天線的接收裕量不大，不太方便并且在用耳機(jī)線時(shí)藍(lán)牙耳機(jī)就不能用了，所以耳機(jī)線作為收音機(jī)天線并不是一個(gè)非常理想的方案。相對于用耳機(jī)線作天線，另外一種方案就是把一個(gè)無源天線集成到手機(jī)內(nèi)部。但是由于FM頻段的波長在一米量級(jí)，而且手機(jī)設(shè)備要求的小尺寸大大的限制了這種內(nèi)置天線的電尺寸， 從而減小了天線的增益，導(dǎo)致FM接收機(jī)接收靈敏度的大幅度降低。

但是，利用所謂的有源天線技術(shù)可以大大提高FM接收機(jī)的靈敏度。有源天線技術(shù)是指用一個(gè)合適的低噪聲放大器直接連接FM的內(nèi)置天線。所謂的有源天線模塊包含一個(gè)單獨(dú)的特定制作的無源結(jié)構(gòu),它直接與相應(yīng)的放大器電路相連. 這種技術(shù)在新移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用中快速贏得了認(rèn)可. 高增益, 小封裝及高抗靜電能力的低噪聲放大器是有源天線設(shè)計(jì)的重要因素. 英飛凌科技的新一代BGB719N7ESD 可以滿足這種有源天線的所有要求.

圖1： BGB719N7ESD相較于前幾代的產(chǎn)品(BGB707L7)所需外圍器件更少，從而更節(jié)省PCB板的空間

內(nèi)置天線的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

在提供上述幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí), 在設(shè)計(jì)有源天線時(shí)也會(huì)遇到一些挑戰(zhàn). 當(dāng)把天線集成到手機(jī)內(nèi)部時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題. 一是,電小尺寸及位置比較低的天線具有高的輸入電抗,低的輸入阻抗及低的輻射效率,使得很難得到其與其他電路的良好匹配. 第二個(gè)問題涉及到手機(jī)內(nèi)部與FM天線位置靠近的其他天線的發(fā)射信號(hào)的隔離. 這影響到與大多數(shù)輻射都有關(guān)系的手機(jī)底盤中的射頻電流. 其他的與手機(jī)底盤相連的天線或者類似用底盤作為主要輻射子的天線,都將遭受嚴(yán)重的信號(hào)泄露.

電小尺寸的內(nèi)置天線將會(huì)嚴(yán)重的降低天線增益,從而導(dǎo)致比用耳機(jī)作為外置天線的低的接收靈敏度. 為了補(bǔ)償接收靈敏度, 必須使用有源天線技術(shù). 除了低噪聲放大器這個(gè)主要的器件外, 外置ESD保護(hù)器件及用于分集天線的單刀雙擲開關(guān)在有源天線系統(tǒng)里也是十分必要的. 單刀雙擲開關(guān)可以用于外置耳機(jī)天線和內(nèi)置天線的切換.

利用一個(gè)高性能的低噪放可以提高接收機(jī)的靈敏度. 但是,在上述內(nèi)置天線系統(tǒng)低噪放設(shè)計(jì)中會(huì)有一些困難. 在手機(jī)應(yīng)用中,為了延長電池使用時(shí)間,低電流是十分必要的. 但是低電流又會(huì)影響到低噪放的線性度. 其他的需求包括關(guān)斷功能,射頻管腳強(qiáng)的抗靜電能力,小尺寸及外圍器件少等.

方案- 有源天線

減小內(nèi)置天線的尺寸將導(dǎo)致較高的損耗從而降低了接收機(jī)的靈敏度. 應(yīng)用低噪聲放大器及與其相連的天線輻射子可以解決這個(gè)問題. 由于非常小的尺寸,天線的阻抗非常高,所以除了低的噪聲系數(shù),低噪放還必須和天線的高阻抗相匹配. 在手機(jī)中的有源天線方案, 還要低的電流消耗,關(guān)斷功能及高線性度(因?yàn)槭謾C(jī)中會(huì)有較多的頻段干擾). 同時(shí)低噪放還需要支持全世界的FM頻段(76-108MHz),高的抗靜電能力以支持系統(tǒng)級(jí)的靜電防護(hù)需求.

表1： 電小尺寸天線設(shè)計(jì)需要低噪放

小封裝, 高增益及低電流

英飛凌科技最新一代的低噪放可以解決內(nèi)置有源FM天線的主要問題. 可以提高接收機(jī)靈敏度, 消耗較小的功率計(jì)節(jié)省板的面積. BGB719N7ESD是一個(gè)專門應(yīng)用于FM天線系統(tǒng)的MMIC低噪放. 其可以提供較高的增益,低的噪聲系數(shù),高的抗靜電能力,低的功率損耗及低的失真. 其是應(yīng)用英飛凌科技的低成本的硅鍺碳技術(shù)研制的產(chǎn)品,具有較高的性價(jià)比.

圖2： 英飛凌科技最新一代應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的FM低噪聲放大器BGB719N7ESD以極小的封裝可以提供高增益，低電流消耗

BGB719N7ESD的主要性能包括:

- 支持全世界的FM頻段(76 到108MHz)

- 少的外圍器件(只需3個(gè)外圍電容)

- 小封裝無引腳TSNP-7-6

- 在2.8mA時(shí)可以提供較高的增益

- 內(nèi)置動(dòng)態(tài)偏置電路,可以使其在溫度變化和供電變化時(shí)保持比較穩(wěn)定的工作點(diǎn)

- 所有管腳集成ESD防護(hù)功能(1.5KV HBM)

- 較高的輸入端的壓縮點(diǎn)(IP1dB=-6dBm typical)

- 高輸入阻抗

- 采用最新的SiGe:C工藝獲得了極佳的噪聲系數(shù)(1.2dB)

- 較寬的供電范圍: 1.5V到4.0V

- 關(guān)斷功能

- 無鉛(符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)), 無鹵素(符合WEEE標(biāo)準(zhǔn))產(chǎn)品

BGB719N7ESD具有非常小的無引腳TSNP-7-6(1.26mm x 1.4mm x 0.31mm)封裝,可以實(shí)現(xiàn)上述全部的功能. 集成的動(dòng)態(tài)偏置電路可以保證在溫度及環(huán)境變化時(shí)較為穩(wěn)定的DC工作點(diǎn). 其可以應(yīng)用于所有的移動(dòng)設(shè)備例如, 手機(jī), PDA, 便攜FM收音機(jī),MP3等.

相比于前幾代的器件(BGB707N7ESD), 新一代的BGB719N7ESD有以下幾點(diǎn)改進(jìn): 較小的PCB面積(6mm2 Vs 20mm2), 高增益(23dB V S21 dB), 降低了供電電流(2.8mA Vs 3.0mA),高的穩(wěn)定性及較少的外圍器件(3 Vs 7).

圖3：BGB719N7ESD相較于前幾代的產(chǎn)品(BGB707L7)在FM應(yīng)用上有幾個(gè)方面的增強(qiáng)，例如高增益等

BGB719N7ESD內(nèi)部集成高達(dá)2KV(HBM)的靜電防護(hù)功能。如果在其前端外加英飛凌科技的靜電防護(hù)二極管ESD0P8RFL可以提高系統(tǒng)的靜電防護(hù)功能到8KV接觸式放電(根據(jù)IEC61000-4-2)。ESD0P8RFL的封裝為TSLP-4-7(1.2mm x 0.8mm x 0.39mm) ，其電容僅為0.8pF。

英飛凌科技可以提供應(yīng)用于內(nèi)置FM天線的高靜電防護(hù)的低噪放解決方案。由于應(yīng)用較小的TSLP封裝，該設(shè)計(jì)適用于小的手機(jī)應(yīng)用。當(dāng)應(yīng)用0402的電容時(shí)，整個(gè)低噪放電路只占約8mm x 8mm PCB面積。由于BGB719N7內(nèi)部集成動(dòng)態(tài)偏置電路，所以該應(yīng)用電路只需很少的外圍器件。這樣不僅減少了PCB的面積而且降低了物料成本。

BGB719N7ESD可以很簡單的匹配于短的半環(huán)形天線和單極子天線。只需要一個(gè)輸入端的無源器件即可。如果是半環(huán)形天線，一個(gè)大概為30pF的電容并聯(lián)于低噪放輸入端即可。如果是單極子天線，在低噪放輸入端并聯(lián)一個(gè)大概300nH的電感就可以實(shí)現(xiàn)天線與低噪放的匹配。