CN102739278A - 一种中频为1MHz的2.4G无线收发芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，包括RF射频前端集成电路和RF外围匹配集成电路；RF射频前端集成电路包括2.4GHzGFSK发射模块、2.4GHzGFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环模块和射频开关；RF频率综合器分别与2.4GHzGFSK发射模块和2.4GHzGFSK接收模块相连；模拟锁相环模块分别与2.4GHzGFSK发射模块、2.4GHzGFSK接收模块和RF频率综合器相连；RF外围匹配集成电路包括低压差稳压器、振荡缓冲器和处理模块；处理模块分别与RF射频前端集成电路中的2.4GHzGFSK发射模块、2.4GHzGFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环模块和射频开关相连。本发明实现了RF外围匹配全集成，同时做到了1MHz的中频；在1MHz中频的条件下，该芯片更加省电，大大减小了印刷电路板设计的压力，降低了成本，增加了可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电子通信技术领域，涉及一种中频为1MHz的2.4G无线收发芯片。
背景技术
现有的2.4G无线收发芯片种类繁多，如：A7125是一颗CMOS制程的射频芯片，适用于2.4G ISM频段的射频收发芯片，是业界应用于低功耗无线产品系统成本最低的多通道芯片。A7125芯片集成整个数据包处理、FIFO缓冲器、无线电唤醒等功能，其特性为：工作频率为2400～2483MHz，双调制模式FSK/GFSK，工作电压为2.25～2.75V，工作电流为TX 16mA(0dBm)，RX 18mA；可编程输出功率为0～4dBm；接收灵敏度为-90dBm(2Mbps)；待机电流为1.5uA；可编程数据率最高可达2Mbps。
NRF401是挪威Nordic公司最新推出的数传频段433MHz单片无线收发一体芯片。该芯片集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等功能，具有性能优异、功耗低、使用方便等特点。NRF401的外围元件很少，没有调试部件，给研制和生产带来了极大的方便。NRF401的工作频道为433.92MHz/434.33MHz；调制方式：FSK；频偏：15kHz；射频输出功率0.4kΩ，3V，10dBm；接收灵敏度0.4kΩ，BR＝20kbit/s，BER＜10，-105dBm；最大传送数码率：20kbit/s；适用电压范围：2.75～5.25V；接收状态功耗：250uA；发射状态功耗：8mA；等待状态功耗：8uA。
A7105是一低成本且适用于2.4G ISM频段的无线收发一体的射频芯片，内含高灵敏度的接收器(1Mbps-93dBm)，所以在10m以内的产品应用中可大幅度减低RF的输出功率(0dBmto10dBm)，来避免射频产品对人体照成可能的损害，同时又能适应50米一般环境的应用。A7105的所有参数可以通过SPI口配置内部寄存器来进行设置，最高的速率可达500kbps，适应4线或3线的SPI控制，另外在RFDATA的处理可有2种模式可供选择：FIFO(利用RF内部的memory先储存要发射/接收的数据)和Direct(直接发射/接收)。在FIFO模式下，也支持CRC(CRC16)，FEC(约增加2dBm的灵敏度)，data whitening(可视为数据加密)，Manchestercode的编/解码。A7105内建RSSI和温度传感器，来侦测环境对RFIC的影响，而且也内建1ch ADC可侦测使用电压。其工作频带为2400-2483MHz ISM频段，调制方式为FSK/GFSK调制，接收电流为16mA，发射电流为19mA(输出0dBm)，休眠电流小于1uA，内置RC震荡器，灵敏度为-99dBm250kbps，-96dBm500kbps，收发独立的64字节FIFO，支持16位CRC、FEC、Manchestercode，datawhitening。
综上所述，2.4G无线收发芯片的功能已经非常成熟，但其各自侧重实现的功能不同，在结构上也就有所不同。本发明即提供一种能够实现RF外围匹配全集成的2.4G无线收发芯片。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，该芯片实现了RF外围匹配全集成。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，包括RF射频前端集成电路和RF外围匹配集成电路；所述RF射频前端集成电路包括2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环模块和射频开关；所述射频开关将天线与2.4GHz GFSK发射模块和2.4GHz GFSK接收模块分别相连；RF频率综合器分别与2.4GHz GFSK发射模块和2.4GHz GFSK接收模块相连；模拟锁相环模块分别与2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块和RF频率综合器相连；RF外围匹配集成电路包括低压差稳压器、振荡缓冲器和处理模块；所述处理模块分别与RF射频前端集成电路中的2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环模块和射频开关相连；所述振荡缓冲器分别与所述RF频率综合器和处理模块相连。
作为本发明的一种优选方案，所述RF频率综合器包括晶体振荡器、频率综合器、压控振荡器；所述晶体振荡器用以提供本振信号；晶体振荡器通过频率综合器与压控振荡器相连，压控振荡器通过控制电压来控制振荡频率；RF频率综合器是一个小数分频的锁相环，用以将晶体振荡器产生的参考时钟进行小数倍频，精度达到1Hz。
作为本发明的另一种优选方案，所述2.4GHz GFSK接收模块包括依次相连的低噪声放大器、混频器、带通滤波器、模数转换器；所述低噪声放大器用以收集并放大从天线接收到的RF信号；所述混频器通过一多相滤波器与所述压控振荡器相连，用以对放大后的RF信号进行下变频和移向操作，下变频到1MHz；所述带通滤波器对变频后的RF信号进行滤波；所述模数转换器用以将滤波后的RF信号转换成数字信号。
作为本发明的再一种优选方案，所述带通滤波器的中心频率为1MHz，带宽为±600KHz；所述模数转换器为9位的ADC。
作为本发明的再一种优选方案，所述2.4GHz GFSK发射模块包括功率放大器、数模转换器；所述数模转换器用以将数字信号转换成模拟信号；所述数模转换器经所述压控振荡器与功率放大器相连，所述功率放大器用以将信号放大后通过天线发射；2.4GHz GFSK发射模块采用直接调制方式，由数模转换器将数字信号转化为模拟信号，然后对压控振荡器进行GFSK调整，最后由功率放大器将信号放大发射。
作为本发明的再一种优选方案，所述处理模块集成有数字状态机、寄存器模块、数据帧缓冲器和逻辑模块、前向纠错告警模块、循环冗余校验错误告警模块。
本发明的有益效果在于：本发明可以固定传输1Mbps数据，发射功率可达到6dBm，功耗仅为20mA，灵敏度可达-87dBm，功耗仅为15mA，距离可达50m；本发明实现了RF外围匹配全集成，同时做到了1MHz的中频；在1MHz中频的条件下，本发明所述芯片更加省电，RF外围匹配集成电路可以大大减小印刷电路板设计的压力，减少了成本，增加了可靠性。
附图说明
图1为本发明所述的中频为1MHz的2.4G无线收发芯片的结构示意图；
图2为本发明所述的RF外围匹配集成电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例一
本实施例提供一种中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，如图1所示，包括RF射频前端集成电路和RF外围匹配集成电路。
【RF射频前端集成电路】
所述RF射频前端集成电路包括2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环(Analog Phase Locked Loop，APLL)模块、射频开关(Radio FrequencySwitch，RFSW)，如图2所示。天线接口ANT与ANTb通过射频开关与2.4GHz GFSK发射模块和2.4GHz GFSK接收模块分别相连；RF频率综合器分别与2.4GHz GFSK发射模块和2.4GHz GFSK接收模块相连；模拟锁相环模块分别与2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块和RF频率综合器相连。
所述RF频率综合器包括晶体振荡器(XO)、频率综合器(synthesizer)、压控振荡器(VCO)、多相滤波器(Poly phase filter，PPF)；所述晶体振荡器提供本振信号，压控振荡器通过控制电压来控制振荡频率。RF频率综合器是一个可以小数分频的锁相环，可以将晶体振荡器产生的参考时钟进行小数倍频，精度可达1Hz。为发射提供稳定的频率，为接收提供本振信号。所述多相滤波器用以滤除带外信号和镜像信号。
所述2.4GHz GFSK接收模块包括依次相连的低噪声放大器(LNA)、混频器(IQMIXER)、带通滤波器(BPF)、模数转换器(ADC)；天线接收到的RF信号首先经低噪声放大器收集并放大后输入混频器，混频器对放大后的信号进行下变频和移向操作，下变频到1MHz后，经过一个中心频率为1MHz、带宽为±600KHz的带通滤波器进行初步滤波，最后经模数转换器转换成数字信号，输入到数字部分进行处理。所述混频器将接收信号与压控振荡器输出的且经多相滤波器滤波的振荡信号进行混频处理，混频后的信号进入到带通滤波器中。所述模数转换器为9位的ADC。
所述2.4GHz GFSK发射模块包括功率放大器(PA)、数模转换器(DAC)；数模转换器将处理后的数字信号转换成模拟信号，模拟信号经压控振荡器调制后发送给功率放大器，经功率放大器放大后的信号通过天线发射。2.4GHz GFSK发射模块采用的是直接调制方式，由DAC将数字信号转化为模拟信号，然后对VCO进行GFSK(Gauss frequency shift keying，高斯频移键控)调整，最后由PA把信号放大发射出去。
【RF外围匹配集成电路】
RF外围匹配集成电路包括低压差稳压器(Low dropout voltage regulators)、振荡缓冲器(oscillator/buffer)、处理模块。所述低压差稳压器的输入接口为LDO_VDD(即芯片的第21个接口)，输出接口为LDO_OUT(即芯片的第20个接口)。所述处理模块集成有数字状态机(Digital state machine)、寄存器模块(Register block)、数据帧缓冲器和逻辑模块(Data framing buffer and logic block)、前向纠错告警(Forward Error Correction，FEC)模块、循环冗余校验错误告警(Cyclical Redundancy Correction，CRC)模块等；所述处理模块的接口有VDD_IO接口(即芯片的第10个接口)、SPI_SS接口(即芯片的第11个接口)、CLK接口(即芯片的第14个接口)、MISO/12C_DAT接口(即芯片的第17个接口)、MOSI/A4接口(即芯片的第16个接口)、12C_SEL接口(即芯片的第15个接口)、FIFO接口(即芯片的第8个接口)、PKT接口(即芯片的第13个接口)、RST_n接口(即芯片的第18个接口)、BRCLK接口(即芯片的第12个接口)；其中SPI_SS接口(即芯片的第11个接口)、CLK接口(即芯片的第14个接口)、MISO/12C_DAT接口(即芯片的第17个接口)和MOSI/A4接口(即芯片的第16个接口)为数据基带接口(digital baseband interface)；所述处理模块分别与RF射频前端集成电路中的2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环模块和射频开关相连。所述振荡缓冲器分别与所述RF频率综合器和处理模块相连，振荡缓冲器的输入接口为XTALI(即芯片的第24个接口)，输出接口为XTALO(即芯片的第23个接口)。
所述中频为1MHz的2.4G无线收发芯片的第1、2、5、6、7、19、22个接口均为电源接口，第9接口接地。
本发明是一个完整的2.4G无线收发芯片，它集成了RF射频前端，GFSK调制解调，和数据传输基带，可以固定传输1Mbps数据，发射功率可达到6dBm，发射功耗仅为20mA，灵敏度-87dBm，接收功耗仅为15mA，距离可达50m。
相比现有的2.4G电路，本发明所述的芯片实现了RF外围匹配全集成，同时做到了1MHz的中频。在1MHz中频的条件下，本发明所述芯片更加省电，RF外围匹配集成电路可以大大减小PCB layout(印刷电路板设计)的压力，减少了成本，增加了可靠性。
本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
Claims (6)
1.一种中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，其特征在于：包括RF射频前端集成电路和RF外围匹配集成电路；
所述RF射频前端集成电路包括2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环模块和射频开关；所述射频开关将天线与2.4GHz GFSK发射模块和2.4GHzGFSK接收模块分别相连；RF频率综合器分别与2.4GHz GFSK发射模块和2.4GHz GFSK接收模块相连；模拟锁相环模块分别与2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块和RF频率综合器相连；
RF外围匹配集成电路包括低压差稳压器、振荡缓冲器和处理模块；所述处理模块分别与RF射频前端集成电路中的2.4GHz GFSK发射模块、2.4GHz GFSK接收模块、RF频率综合器、模拟锁相环模块和射频开关相连；所述振荡缓冲器分别与所述RF频率综合器和处理模块相连。
2.根据权利要求1所述的中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，其特征在于：所述RF频率综合器包括晶体振荡器、频率综合器、压控振荡器；所述晶体振荡器用以提供本振信号；晶体振荡器通过频率综合器与压控振荡器相连，压控振荡器通过控制电压来控制振荡频率；RF频率综合器是一个小数分频的锁相环，用以将晶体振荡器产生的参考时钟进行小数倍频，精度达到1Hz。
3.根据权利要求2所述的中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，其特征在于：所述2.4GHz GFSK接收模块包括依次相连的低噪声放大器、混频器、带通滤波器、模数转换器；所述低噪声放大器用以收集并放大从天线接收到的RF信号；所述混频器通过一多相滤波器与所述压控振荡器相连，用以对放大后的RF信号进行下变频和移向操作，下变频到1MHz；所述带通滤波器对变频后的RF信号进行滤波；所述模数转换器用以将滤波后的RF信号转换成数字信号。
4.根据权利要求3所述的中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，其特征在于：所述带通滤波器的中心频率为1MHz，带宽为±600KHz；所述模数转换器为9位的ADC。
5.根据权利要求4所述的中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，其特征在于：所述2.4GHz GFSK发射模块包括功率放大器、数模转换器；所述数模转换器用以将数字信号转换成模拟信号；所述数模转换器经所述压控振荡器与功率放大器相连，所述功率放大器用以将信号放大后通过天线发射；2.4GHz GFSK发射模块采用直接调制方式，由数模转换器将数字信号转化为模拟信号，然后对压控振荡器进行GFSK调整，最后由功率放大器将信号放大发射。
6.根据权利要求1所述的中频为1MHz的2.4G无线收发芯片，其特征在于：所述处理模块集成有数字状态机、寄存器模块、数据帧缓冲器和逻辑模块、前向纠错告警模块、循环冗余校验错误告警模块。
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