超实用的射频芯片基础介绍、功能及应用分享

RF即Radio Frequency——射频。指的是什么呢？广泛定义，应是指300KHZ到300GHZ范围之间的高频交流变化电磁波。射频技术在无线通信领域中被广泛使用，它的定义范围随着时代和科技应用逐渐演化和发展。RFIC——射频芯片，我们也称之为MMIC。指的是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，并通过天线谐振发送出去的一个元器件（模块），它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。

今天的文章，将从RFIC的芯片架构，展开说到RFIC的应用。

射频芯片结构详解

射频芯片架构包括接收通道和发射通道两部分。（如图1）

发射电路由发射调制器、发射鉴相器、发射压控振荡器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、发射互感器等电路组成。发射时，逻辑电路处理过的发射基带信息送入发射调制器，与本振信号调制后用TX-VCO把信号频率上升为基站能接收的频率信号。

当TX-VCO工作后，产生频率信号分两路走:

A、路取样送回发射调制器，与本振信号混频产生一个发射鉴频信号，送入鉴相器中与发射中频进行较；若与工作信道不符合，则鉴相器会产生一个跳变电压去控制TX-VCO内部变容二极管的电容量，达到调整频率目的。

B、路送入功放经放大后由天线转化为电磁波辐射出去。

接收电路由天线、天线开关、滤波器、高放管(低噪声放大器)、接收解调器等电路组成。接收时，天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波，经过天线开关接收通路，送高频滤波器滤除其它无用杂波，高频放大后，送入接收解调器与本振信号进行解调，得到接收基带信息送到逻辑音频电路进一步处理。以上所有的器件和信号处理，构成了一个完整的射频芯片（或射频模块）。

射频芯片应用

射频芯片其实应用广泛。很多介绍是以手机为例，因此对于射频，消费者可能以为，除了蓝牙（2.4G），就是3G、4G、5G之类。实际上，涉及无线通信，满目RF。以下是日常生活中常见的一些RFIC涉及生活方面的应用（如表1和图2）。

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在表1中，涉及消费电子比如手机的，一般是4G/5G通信的RFIC应用；笔记本、无线鼠标等一般是2.4G应用；wifi一般是2.4G/5G的RF应用。涉及汽车电子的可能是77G倒车雷达、24G距离监测等雷达模块；涉及智能家居多是2.4G 的RFIC应用，便宜便捷常见；涉及工业无线环境和环境测试，可能是sub1GHZ，也会用2.4GHZ；涉及无线抄表，电表一般与消费电子统一起来并晚于消费电子的发展一个台阶，如今进入5G的开发应用，而无线抄表逐渐从3G时代换到4G模块通信；而家用的气表和水表则一般使用sub1GHZ。

智慧楼宇应该是应用RFIC最广泛且五花八门的场合了，比如监控摄像头使用4G通信，保证实时性和流畅性；烟雾报警使用sub 1GHZ或者2.4GHZ，保证能和网关及时联通，组网通信即可；智能家居也是如此，不过，为了便民和统一标准，一般使用2.4GHZ的RFIC；玩具过去更多更常见的是使用1GHZ的RFIC，如今也逐渐出现了很多2.4GHZ的RFIC，便于与手机等连接。

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3G、4G、5G随着手机的更新换代，大家都比较熟悉了，无非是不同国家不同标准，不同运营商不同频段的使用。而除了手机以外，由上文知道，我们生活中应用最多的是2.4G，悄摸摸出现而不为人知的是1G（有的厂家指的是315/433/470/868/ 915MHZ这些1GHZ以内的频段），我们今天主要来谈一谈这两个频段的RFIC。

Sub-1GHZ与2.4GHZ的区别

Sub-1GHZ与2.4GHZ一般应用于物联网场景以及之智能家居、玩具、环境监测当中，在免许可频段的无线通信应用中，Sub-1GHZ 和 2.4GHZ 两个无线频段是主要的选择。Sub-1GHZ 无线频段适合于组建低数据速率低功耗的无线通信网络，2.4GHZ 比较适合于小范围内的高数据速率通信。所以，应用时，一般会考虑距离、功耗、干扰、组网便捷程度等几个方面因素。这就需要对Sub-1GHZ与2.4GHZ的RFIC的特性进行比较。

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表格 2 Sub-1GHZ与2.4GHZ的RFIC的特性比较

由表格可以得出应用选择时应以如下结论为标准：

1、Sub-1GHZ 相对而言覆盖范围大，是规模化连接组网比较好的选择（如图3的MESH组网，各节点间通信，可做到忙时互相通信，闲时上传网关）。

2、Sub-1GHZ在以少数据量而非视频等高流量的应用中，仅需要较窄的带宽进行无线数据传输，对射频收发的功耗要求也低，适合于电池供电或能量收集供电的物联网设备应用。

3、较低带宽导致较低的热噪声，接收灵敏度有较好的表现。使用 Sub-1GHZ 频段系统可以降低无线网络部署的基础设施成本。

此外，相对而言，2.4GHZ 设备近距离部署密集会对射频有一定干扰，Sub-1GHZ 干扰情况会比 2.4GHZ 好些。因此，虽然我们可以经常听说、接触到的时2.4GHZ，但是Sub-1GHZ也具有广泛的应用天地。

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Sub-1GHZ 频段为不同无线电发射设备分配使用，呈现行业化应用特点，不同无线电发射设备规定的频段不同，基本形成专用频段和公用频段两部分，专用频段主要面向国防、铁路、公安、政府、电力等系统应用。公用频段可以分为许可频段和免许可频段，许可频段如NB-IoT、LoRa 等，免许可频段主要是公众对讲机、微功率短距离无线电设备等。

Sub-1GHZ RFIC应用主要是以遥控、语音和数据通信为主。遥控是如门禁、遥控器和开关等应用；语音则以对讲机为主；数据通信一般是Lora或NB-IOT无线组网、规模化应用部署是数据通信应用的主要特点，主要的典型应用是无线抄表。工业物联网对 Sub-1GHZ RFIC有着更为广泛的需求。目前，低功耗物联网的传感器或设备供电方式电池是主流的搭配。随着对电池长寿命的要求以及其他能量采集（如太阳能、无线能量传输等）供电方式的应用发展，应用对 Sub- 1GHZ RFIC发射功耗的要求也越来越高。笙科的Sub- 1GHZ RFIC有较多的型号满足目前低功耗的需求。

笙科是一家专业的 RF 芯片设计公司，一直专注研发 CMOS 制程的 RF 半导体芯片。产品应用广泛，主要应用于智能电网中的无线智能电表、无线智能水表以及热表、无线智能插座、车用防盗器、无线安全密码锁、加密型遥控卷帘门、智能建筑节能系统、无线餐饮管理、无线影音传输、ETC、AMR 无线自动读表 (如无线热表，燃气表等等)、家庭自动化等。除了我以上提及的2.4GHZ、Sub- 1GHZ以外，还有5.8GHZ/5.2GHZ RFIC产品（用于高品质无线音频流媒体、 ISM系统、无线玩具和游戏控制器），以及卫星通信产品、无线音频产品（加链接）、Bluetooth® LE/Zigbee产品。

其中Sub- 1GHZ产品多到20多个，根据频段、传输速率、功耗区分，适合各类应用。尤其适合ISM频带数据通信、无线遥控器、楼宇自动化、无线传感器网络（户外网络注重低功耗，定时上传数据）、能源控制和管理、自动计量阅读等场合。部分RFIC支持窄带应用的高效能射频芯片，提供低接收电流模式，内部设计的各种功能可以延长电池的使用寿命，有效地降低开发复杂度与开发成本。

由于无线应用市场越来越要求低成本化、降低开发难度、缩短开发周期，笙科采用高整合概念设计 RFIC,芯片内置 VCO、PLL、LNA、PA、FIFO、RSSI、Auto Calibration 等功能,使用者可自行选择熟悉的 MCU 通过 SPI 接口控制 RFIC, ,RFIC与 MCU 之间均为数字接口,易于开发与除错,很大程度上能让客户在使用时感受到方便快捷可靠。

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