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GSM/DCS雙頻段RF射頻前端設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2011-10-05 來源:電子發(fā)燒友

中心議題:
  • 探究GSM/DCS雙頻段RF射頻前端設(shè)計(jì)
  • 分析單芯片放大器電路
解決方案:
  • 使用射頻功率放大器實(shí)現(xiàn)GSM/DCS雙頻段功率放大功能

本文提出一種新穎的射頻功率放大器電路結(jié)構(gòu),使用一個(gè)射頻功率放大器實(shí)現(xiàn)GSM/DCS雙頻段功率放大功能,銳迪科的RDA6218就是采用這種結(jié)構(gòu)。射頻功率放大器管芯由原來的兩個(gè)減少為一個(gè),同時(shí)此結(jié)構(gòu)射頻功率放大器及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與CMOS控制器、射頻開關(guān)集成至一個(gè)芯片模塊,組成 GSM/DCS雙頻段射頻前端模塊,如圖1所示。

圖1 GSM/DCS雙頻段射頻前端模塊示意圖。

單芯片放大器電路


本設(shè)計(jì)中的射頻功率放大器電路采用三級放大的電路形式。如圖2所示,將射頻功率放大器電路的第一級分成兩個(gè)獨(dú)立的輸入端,分別對應(yīng)于GSM 和DCS功率放大頻段。然后共用第二級和第三級放大電路。在輸出端實(shí)現(xiàn)了可以同時(shí)應(yīng)用于GSM、DCS頻段的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。由于第二級和第三級為GSM和 DCS兩個(gè)頻段共用的電路放大級,因此在設(shè)計(jì)此兩級電路時(shí)需要同時(shí)兼顧GSM和DCS兩個(gè)頻段的要求。

圖2、 雙頻段功率放大器電路原理圖。
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本電路中第三級設(shè)計(jì)為功率放大級,在通常電池電壓供電的情況下,為使GSM頻段和DCS頻段功率輸出分別達(dá)到35dBm和33dBm,因此 GSM頻段和DCS頻段的功率輸出阻抗分別設(shè)計(jì)為2Ω和3Ω。由于GSM頻段輸出功率大于DCS頻段輸出功率,因此設(shè)計(jì)第三級功率管Q3最大輸出功率達(dá) 35dBm。

該電路中第二級為功率驅(qū)動(dòng)級,因?yàn)樾枰瑫r(shí)覆蓋GSM和DCS兩個(gè)頻段,頻率范圍很寬,因此設(shè)計(jì)第二級放大電路采用負(fù)反饋結(jié)構(gòu),將工作頻率從GSM頻段拓寬至DCS頻段。同時(shí),第二、三級級間匹配網(wǎng)絡(luò)也設(shè)計(jì)為寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)電路中,第二級和第三級的總體增益設(shè)計(jì)為25dB,頻率范圍覆蓋GSM和DCS 頻段。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 第二級和第三級增益仿真結(jié)果。

由于高頻段(DCS)的增益在第二和第三級時(shí)略低,因此設(shè)計(jì)第一級放大電路時(shí),DCS頻段第一級增益比GSM頻段第一級高約3dB。同時(shí),在DCS 頻段射頻輸入端加入濾波網(wǎng)絡(luò),如圖2所示。此濾波網(wǎng)絡(luò)對GSM頻段信號起到帶阻作用,同時(shí)對DCS頻段信號起到帶通作用,加入此濾波網(wǎng)絡(luò)可有效地提高交叉隔離度。該濾波網(wǎng)絡(luò)的仿真原理圖與仿真結(jié)果分別如圖4、圖5所示。本設(shè)計(jì)電路GSM頻段和DCS頻段總增益仿真結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖4 DCS頻段輸入濾波網(wǎng)絡(luò)仿真原理圖。
  
圖5 DCS頻段輸入濾波網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果
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圖6 GSM頻段總增益仿真結(jié)果

圖7 DCS頻段總增益仿真結(jié)果

高隔離射頻開關(guān)

本文設(shè)計(jì)的GSM/DCS雙頻段射頻前端模塊中,GSM/DCS雙頻段射頻功率放大器管芯的輸出端分別與GSM輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和DCS輸出匹配網(wǎng)絡(luò)連接至同一節(jié)點(diǎn)。而DCS工作頻段范圍為1710MHz~1910MHz,覆蓋了GSM頻段(880MHz~915MHz)的二次諧波頻率范圍(1760MHz~1830MHz)。因此當(dāng)GSM頻段發(fā)射選通時(shí),GSM頻段射頻信號的二次諧波可通過共同節(jié)點(diǎn)泄漏至DCS輸出匹配網(wǎng)絡(luò),從而傳輸至天線。

雖然GSM頻段發(fā)射選通時(shí),射頻開關(guān)DCS端為關(guān)閉狀態(tài),但由于普通射頻開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí),隔離度只有20dB左右。因此,當(dāng)GSM頻段二次諧波信號較強(qiáng)時(shí),仍有一定功率的射頻信號通過射頻開關(guān)DCS端耦合至天線,使得GSM頻段發(fā)射時(shí),天線端輸出的GSM頻段二次諧波信號較高,超出系統(tǒng)指標(biāo)要求。為了滿足通信系統(tǒng)要求諧波分量在-30dBm以下的要求,射頻開關(guān)的DCS端設(shè)計(jì)為高隔離結(jié)構(gòu),當(dāng)射頻開關(guān)GSM端選通時(shí),DCS端至天線端的隔離度高達(dá)80dB,使得GSM頻段信號的二次諧波無法通過射頻開關(guān)DCS端傳輸至天線,從而極大地降低了兩個(gè)頻段之間的射頻干擾。

本文小結(jié)

本文提出一種新穎的射頻功率放大器電路結(jié)構(gòu),使用一個(gè)射頻功率放大器實(shí)現(xiàn)GSM/DCS雙頻段功率放大功能。同時(shí)將此結(jié)構(gòu)射頻功率放大器及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與CMOS控制器、射頻開關(guān)集成至一個(gè)芯片模塊,組成GSM/DCS雙頻段射頻前端模塊,其中射頻開關(guān)采用高隔離開關(guān)設(shè)計(jì),使得諧波滿足通信系統(tǒng)要求。本文設(shè)計(jì)的GSM/DCS雙頻段射頻前端模塊,在GSM發(fā)射模式下,模塊天線端輸出功率為33dBm,效率38%,諧波抑制-33dBm以下;DCS發(fā)射模式下,模塊天線端輸出功率為30dBm,效率30%,諧波抑制-33dBm以下。
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