超實用的射頻芯片基礎介紹、功能及應用分享

RF即Radio Frequency——射頻。指的是什么呢？廣泛定義，應是指300KHZ到300GHZ范圍之間的高頻交流變化電磁波。射頻技術在無線通信領域中被廣泛使用，它的定義范圍隨著時代和科技應用逐漸演化和發(fā)展。RFIC——射頻芯片，我們也稱之為MMIC。指的是將無線電信號通信轉(zhuǎn)換成一定的無線電信號波形，并通過天線諧振發(fā)送出去的一個元器件（模塊），它包括功率放大器、低噪聲放大器和天線開關。

今天的文章，將從RFIC的芯片架構(gòu)，展開說到RFIC的應用。

射頻芯片結(jié)構(gòu)詳解

射頻芯片架構(gòu)包括接收通道和發(fā)射通道兩部分。（如圖1）

發(fā)射電路由發(fā)射調(diào)制器、發(fā)射鑒相器、發(fā)射壓控振蕩器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、發(fā)射互感器等電路組成。發(fā)射時，邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息送入發(fā)射調(diào)制器，與本振信號調(diào)制后用TX-VCO把信號頻率上升為基站能接收的頻率信號。

當TX-VCO工作后，產(chǎn)生頻率信號分兩路走:

A、路取樣送回發(fā)射調(diào)制器，與本振信號混頻產(chǎn)生一個發(fā)射鑒頻信號，送入鑒相器中與發(fā)射中頻進行較；若與工作信道不符合，則鑒相器會產(chǎn)生一個跳變電壓去控制TX-VCO內(nèi)部變?nèi)?a target="_blank">二極管的電容量，達到調(diào)整頻率目的。

B、路送入功放經(jīng)放大后由天線轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去。

接收電路由天線、天線開關、濾波器、高放管(低噪聲放大器)、接收解調(diào)器等電路組成。接收時，天線把基站發(fā)送來電磁波轉(zhuǎn)為微弱交流電流信號經(jīng)濾波，經(jīng)過天線開關接收通路，送高頻濾波器濾除其它無用雜波，高頻放大后，送入接收解調(diào)器與本振信號進行解調(diào)，得到接收基帶信息送到邏輯音頻電路進一步處理。以上所有的器件和信號處理，構(gòu)成了一個完整的射頻芯片（或射頻模塊）。

射頻芯片應用

射頻芯片其實應用廣泛。很多介紹是以手機為例，因此對于射頻，消費者可能以為，除了藍牙（2.4G），就是3G、4G、5G之類。實際上，涉及無線通信，滿目RF。以下是日常生活中常見的一些RFIC涉及生活方面的應用（如表1和圖2）。

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在表1中，涉及消費電子比如手機的，一般是4G/5G通信的RFIC應用；筆記本、無線鼠標等一般是2.4G應用；wifi一般是2.4G/5G的RF應用。涉及汽車電子的可能是77G倒車雷達、24G距離監(jiān)測等雷達模塊；涉及智能家居多是2.4G 的RFIC應用，便宜便捷常見；涉及工業(yè)無線環(huán)境和環(huán)境測試，可能是sub1GHZ，也會用2.4GHZ；涉及無線抄表，電表一般與消費電子統(tǒng)一起來并晚于消費電子的發(fā)展一個臺階，如今進入5G的開發(fā)應用，而無線抄表逐漸從3G時代換到4G模塊通信；而家用的氣表和水表則一般使用sub1GHZ。

智慧樓宇應該是應用RFIC最廣泛且五花八門的場合了，比如監(jiān)控攝像頭使用4G通信，保證實時性和流暢性；煙霧報警使用sub 1GHZ或者2.4GHZ，保證能和網(wǎng)關及時聯(lián)通，組網(wǎng)通信即可；智能家居也是如此，不過，為了便民和統(tǒng)一標準，一般使用2.4GHZ的RFIC；玩具過去更多更常見的是使用1GHZ的RFIC，如今也逐漸出現(xiàn)了很多2.4GHZ的RFIC，便于與手機等連接。

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3G、4G、5G隨著手機的更新?lián)Q代，大家都比較熟悉了，無非是不同國家不同標準，不同運營商不同頻段的使用。而除了手機以外，由上文知道，我們生活中應用最多的是2.4G，悄摸摸出現(xiàn)而不為人知的是1G（有的廠家指的是315/433/470/868/ 915MHZ這些1GHZ以內(nèi)的頻段），我們今天主要來談一談這兩個頻段的RFIC。

Sub-1GHZ與2.4GHZ的區(qū)別

Sub-1GHZ與2.4GHZ一般應用于物聯(lián)網(wǎng)場景以及之智能家居、玩具、環(huán)境監(jiān)測當中，在免許可頻段的無線通信應用中，Sub-1GHZ 和 2.4GHZ 兩個無線頻段是主要的選擇。Sub-1GHZ 無線頻段適合于組建低數(shù)據(jù)速率低功耗的無線通信網(wǎng)絡，2.4GHZ 比較適合于小范圍內(nèi)的高數(shù)據(jù)速率通信。所以，應用時，一般會考慮距離、功耗、干擾、組網(wǎng)便捷程度等幾個方面因素。這就需要對Sub-1GHZ與2.4GHZ的RFIC的特性進行比較。

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表格 2?Sub-1GHZ與2.4GHZ的RFIC的特性比較

由表格可以得出應用選擇時應以如下結(jié)論為標準：

1、Sub-1GHZ 相對而言覆蓋范圍大，是規(guī)模化連接組網(wǎng)比較好的選擇（如圖3的MESH組網(wǎng)，各節(jié)點間通信，可做到忙時互相通信，閑時上傳網(wǎng)關）。

2、Sub-1GHZ在以少數(shù)據(jù)量而非視頻等高流量的應用中，僅需要較窄的帶寬進行無線數(shù)據(jù)傳輸，對射頻收發(fā)的功耗要求也低，適合于電池供電或能量收集供電的物聯(lián)網(wǎng)設備應用。

3、較低帶寬導致較低的熱噪聲，接收靈敏度有較好的表現(xiàn)。使用 Sub-1GHZ 頻段系統(tǒng)可以降低無線網(wǎng)絡部署的基礎設施成本。

此外，相對而言，2.4GHZ 設備近距離部署密集會對射頻有一定干擾，Sub-1GHZ 干擾情況會比 2.4GHZ 好些。因此，雖然我們可以經(jīng)常聽說、接觸到的時2.4GHZ，但是Sub-1GHZ也具有廣泛的應用天地。

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Sub-1GHZ 頻段為不同無線電發(fā)射設備分配使用，呈現(xiàn)行業(yè)化應用特點，不同無線電發(fā)射設備規(guī)定的頻段不同，基本形成專用頻段和公用頻段兩部分，專用頻段主要面向國防、鐵路、公安、政府、電力等系統(tǒng)應用。公用頻段可以分為許可頻段和免許可頻段，許可頻段如NB-IoT、LoRa 等，免許可頻段主要是公眾對講機、微功率短距離無線電設備等。

Sub-1GHZ RFIC應用主要是以遙控、語音和數(shù)據(jù)通信為主。遙控是如門禁、遙控器和開關等應用；語音則以對講機為主；數(shù)據(jù)通信一般是Lora或NB-IOT無線組網(wǎng)、規(guī)?；瘧貌渴鹗菙?shù)據(jù)通信應用的主要特點，主要的典型應用是無線抄表。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對 Sub-1GHZ RFIC有著更為廣泛的需求。目前，低功耗物聯(lián)網(wǎng)的傳感器或設備供電方式電池是主流的搭配。隨著對電池長壽命的要求以及其他能量采集（如太陽能、無線能量傳輸?shù)龋┕╇姺绞降膽冒l(fā)展，應用對 Sub- 1GHZ RFIC發(fā)射功耗的要求也越來越高。笙科的Sub- 1GHZ RFIC有較多的型號滿足目前低功耗的需求。

笙科是一家專業(yè)的 RF 芯片設計公司，一直專注研發(fā) CMOS 制程的 RF 半導體芯片。產(chǎn)品應用廣泛，主要應用于智能電網(wǎng)中的無線智能電表、無線智能水表以及熱表、無線智能插座、車用防盜器、無線安全密碼鎖、加密型遙控卷簾門、智能建筑節(jié)能系統(tǒng)、無線餐飲管理、無線影音傳輸、ETC、AMR 無線自動讀表 (如無線熱表，燃氣表等等)、家庭自動化等。除了我以上提及的2.4GHZ、Sub- 1GHZ以外，還有5.8GHZ/5.2GHZ RFIC產(chǎn)品（用于高品質(zhì)無線音頻流媒體、 ISM系統(tǒng)、無線玩具和游戲控制器），以及衛(wèi)星通信產(chǎn)品、無線音頻產(chǎn)品（加鏈接）、Bluetooth? LE/Zigbee產(chǎn)品。

其中Sub- 1GHZ產(chǎn)品多到20多個，根據(jù)頻段、傳輸速率、功耗區(qū)分，適合各類應用。尤其適合ISM頻帶數(shù)據(jù)通信、無線遙控器、樓宇自動化、無線傳感器網(wǎng)絡（戶外網(wǎng)絡注重低功耗，定時上傳數(shù)據(jù)）、能源控制和管理、自動計量閱讀等場合。部分RFIC支持窄帶應用的高效能射頻芯片，提供低接收電流模式，內(nèi)部設計的各種功能可以延長電池的使用壽命，有效地降低開發(fā)復雜度與開發(fā)成本。

由于無線應用市場越來越要求低成本化、降低開發(fā)難度、縮短開發(fā)周期，笙科采用高整合概念設計 RFIC,芯片內(nèi)置 VCO、PLL、LNA、PA、FIFO、RSSI、Auto Calibration 等功能,使用者可自行選擇熟悉的 MCU 通過 SPI 接口控制 RFIC, ,RFIC與 MCU 之間均為數(shù)字接口,易于開發(fā)與除錯,很大程度上能讓客戶在使用時感受到方便快捷可靠。

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