手機中內置天線(xiàn)FM收音機所用的小型低噪聲放大器

　　FM收音機模塊已經(jīng)成為很多時(shí)下手機及帶耳機設備的標配，它們基本都是用耳機線(xiàn)作為FM的天線(xiàn)。因為耳機線(xiàn)作為天線(xiàn)的接收裕量不大，不太方便并且在用耳機線(xiàn)時(shí)藍牙耳機就不能用了，所以耳機線(xiàn)作為收音機天線(xiàn)并不是一個(gè)非常理想的方案。相對于用耳機線(xiàn)作天線(xiàn)，另外一種方案就是把一個(gè)無(wú)源天線(xiàn)集成到手機內部。但是由于FM頻段的波長(cháng)在一米量級，而且手機設備要求的小尺寸大大的限制了這種內置天線(xiàn)的電尺寸， 從而減小了天線(xiàn)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(xiàn)技術(shù)可以大大提高FM接收機的靈敏度。有源天線(xiàn)技術(shù)是指用一個(gè)合適的低噪聲放大器直接連接FM的內置天線(xiàn)。所謂的有源天線(xiàn)模塊包含一個(gè)單獨的特定制作的無(wú)源結構,它直接與相應的放大器電路相連. 這種技術(shù)在新移動(dòng)設備應用中快速贏(yíng)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(xiàn)設計的重要因素. 英飛凌科技的新一代BGB719N7ESD 可以滿(mǎn)足這種有源天線(xiàn)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，從而更節省PCB板的空間

　　內置天線(xiàn)的設計挑戰

　　在提供上述幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí), 在設計有源天線(xiàn)時(shí)也會(huì )遇到一些挑戰. 當把天線(xiàn)集成到手機內部時(shí)會(huì )出現兩個(gè)問(wèn)題. 一是,電小尺寸及位置比較低的天線(xiàn)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(wèn)題涉及到手機內部與FM天線(xiàn)位置靠近的其他天線(xiàn)的發(fā)射信號的隔離. 這影響到與大多數輻射都有關(guān)系的手機底盤(pán)中的射頻電流. 其他的與手機底盤(pán)相連的天線(xiàn)或者類(lèi)似用底盤(pán)作為主要輻射子的天線(xiàn),都將遭受?chē)乐氐男盘栃孤?

　　電小尺寸的內置天線(xiàn)將會(huì )嚴重的降低天線(xiàn)增益,從而導致比用耳機作為外置天線(xiàn)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(xiàn)技術(shù). 除了低噪聲放大器這個(gè)主要的器件外, 外置ESD保護器件及用于分集天線(xiàn)的單刀雙擲開(kāi)關(guān)在有源天線(xiàn)系統里也是十分必要的. 單刀雙擲開(kāi)關(guān)可以用于外置耳機天線(xiàn)和內置天線(xiàn)的切換.

　　利用一個(gè)高性能的低噪放可以提高接收機的靈敏度. 但是,在上述內置天線(xiàn)系統低噪放設計中會(huì )有一些困難. 在手機應用中,為了延長(cháng)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(xiàn)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(xiàn)

　　減小內置天線(xiàn)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(xiàn)輻射子可以解決這個(gè)問(wèn)題. 由于非常小的尺寸,天線(xiàn)的阻抗非常高,所以除了低的噪聲系數,低噪放還必須和天線(xiàn)的高阻抗相匹配. 在手機中的有源天線(xiàn)方案, 還要低的電流消耗,關(guān)斷功能及高線(xiàn)性度(因為手機中會(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級的靜電防護需求.

　　表1： 電小尺寸天線(xiàn)設計需要低噪放

　　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置有源FM天線(xiàn)的主要問(wèn)題. 可以提高接收機靈敏度, 消耗較小的功率計節省板的面積. BGB719N7ESD是一個(gè)專(zhuān)門(mén)應用于FM天線(xiàn)系統的MMIC低噪放. 其可以提供較高的增益,低的噪聲系數,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?xún)r(jià)比.

　　圖2： 英飛凌科技最新一代應用于移動(dòng)設備的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(wú)引腳TSNP-7-6

　　- 在2.8mA時(shí)可以提供較高的增益

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

　　- 所有管腳集成ESD防護功能(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(1.2dB)

　　- 較寬的供電范圍: 1.5V到4.0V

　　- 關(guān)斷功能

　　- 無(wú)鉛(符合RoHS標準), 無(wú)鹵素(符合WEEE標準)產(chǎn)品

　　BGB719N7ESD具有非常小的無(wú)引腳TSNP-7-6(1.26mm x 1.4mm x 0.31mm)封裝,可以實(shí)現上述全部的功能. 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)較為穩定的DC工作點(diǎn). 其可以應用于所有的移動(dòng)設備例如, 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(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(gè)方面的增強，例如高增益等

　　BGB719N7ESD內部集成高達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可以提高系統的靜電防護功能到8KV接觸式放電(根據IEC61000-4-2)。ESD0P8RFL的封裝為T(mén)SLP-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置FM天線(xiàn)的高靜電防護的低噪放解決方案。由于應用較小的TSLP封裝，該設計適用于小的手機應用。當應用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內部集成動(dòng)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(jiǎn)單的匹配于短的半環(huán)形天線(xiàn)和單極子天線(xiàn)。只需要一個(gè)輸入端的無(wú)源器件即可。如果是半環(huán)形天線(xiàn)，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(xiàn)，在低噪放輸入端并聯(lián)一個(gè)大概300nH的電感就可以實(shí)現天線(xiàn)與低噪放的匹配。

　　內置天線(xiàn)的準備

　　BGB719N7ESD已經(jīng)量產(chǎn)，并且英飛凌科技可以提供評估板及相應的文檔支持。您可以在英飛凌的官方網(wǎng)站http://www.infineon.com/fmradio找到BGB719N7ESD的應用筆記。除此之外， 系統設計工程師也可以在網(wǎng)站上找到內置天線(xiàn)設計所需的ESD保護器件及CMOS開(kāi)關(guān)。