手機中內(nèi)置有源天線，增強小型低噪聲放大器

FM收音機模塊已經(jīng)成為很多時下手機及帶耳機設(shè)備的標配，它們基本都是用耳機線作為FM的天線。因為耳機線作為天線的接收裕量不大，不太方便并且在用耳機線時藍牙耳機就不能用了，所以耳機線作為收音機天線并不是一個非常理想的方案。相對于用耳機線作天線，另外一種方案就是把一個無源天線集成到手機內(nèi)部。但是由于FM頻段的波長在一米量級，而且手機設(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，導致FM接收機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接收機的靈敏度。有源天線技術(shù)是指用一個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單獨的特定制作的無源結(jié)構(gòu),它直接與相應的放大器電路相連. 這種技術(shù)在新移動設(shè)備應用中快速贏得了認可. 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)計挑戰(zhàn)

在提供上述幾個優(yōu)點的同時, 在設(shè)計有源天線時也會遇到一些挑戰(zhàn). 當把天線集成到手機內(nèi)部時會出現(xiàn)兩個問題. 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. 第二個問題涉及到手機內(nèi)部與FM天線位置靠近的其他天線的發(fā)射信號的隔離. 這影響到與大多數(shù)輻射都有關(guān)系的手機底盤中的射頻電流. 其他的與手機底盤相連的天線或者類似用底盤作為主要輻射子的天線,都將遭受嚴重的信號泄露.

電小尺寸的內(nèi)置天線將會嚴重的降低天線增益,從而導致比用耳機作為外置天線的低的接收靈敏度. 為了補償接收靈敏度, 必須使用有源天線技術(shù). 除了低噪聲放大器這個主要的器件外, 外置ESD保護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)可以用于外置耳機天線和內(nèi)置天線的切換.

利用一個高性能的低噪放可以提高接收機的靈敏度. 但是,在上述內(nèi)置天線系統(tǒng)低噪放設(shè)計中會有一些困難. 在手機應用中,為了延長電池使用時間,低電流是十分必要的. 但是低電流又會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)置天線的尺寸將導致較高的損耗從而降低了接收機的靈敏度. 應用低噪聲放大器及與其相連的天線輻射子可以解決這個問題. 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(因為手機中會有較多的頻段干擾). 同時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)級的靜電防護需求.

表1： 電小尺寸天線設(shè)計需要低噪放

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. 可以提高接收機靈敏度, 消耗較小的功率計節(jié)省板的面積. BGB719N7ESD是一個專門應用于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,具有較高的性價比.

圖2： 英飛凌科技最新一代應用于移動設(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個外圍電容)

- 小封裝無引腳TSNP-7-6

- 在2.8mA時可以提供較高的增益

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

- 所有管腳集成ESD防護功能(1.5KV HBM)

- 較高的輸入端的壓縮點(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標準), 無鹵素(符合WEEE標準)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,可以實現(xiàn)上述全部的功能. 集成的動態(tài)偏置電路可以保證在溫度及環(huán)境變化時較為穩(wěn)定的DC工作點. 其可以應用于所有的移動設(shè)備例如, 手機, PDA, 便攜FM收音機,MP3等.

相比于前幾代的器件(BGB707N7ESD), 新一代的BGB719N7ESD有以下幾點改進: 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應用上有幾個方面的增強，例如高增益等

BGB719N7ESD內(nèi)部集成高達2KV(HBM)的靜電防護功能。如果在其前端外加英飛凌科技的靜電防護二極管ESD0P8RFL可以提高系統(tǒng)的靜電防護功能到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用于內(nèi)置FM天線的高靜電防護的低噪放解決方案。由于應用較小的TSLP封裝，該設(shè)計適用于小的手機應用。當應用0402的電容時，整個低噪放電路只占約8mm x 8mm PCB面積。由于BGB719N7內(nèi)部集成動態(tài)偏置電路，所以該應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。只需要一個輸入端的無源器件即可。如果是半環(huán)形天線，一個大概為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)一個大概300nH的電感就可以實現(xiàn)天線與低噪放的匹配。