瑞萨电子开发新的低功耗蓝牙射频收发器技术

瑞萨电子公司最近宣布为支持蓝牙低功耗 (LE) 低功耗近场通信标准的物联网设备开发两种 2.4GHz 射频收发器技术。借助新的匹配电路和信号校正技术，瑞萨电子设计了一款原型电路，据称它是最小的蓝牙 LE 射频收发器，同时提高了电源效率。

瑞萨电子开发了这些技术来帮助那些对物联网领域的射频专业知识要求越来越高的公司。“与智能手机和 PC 工程师相比，物联网应用的增加需要非射频技术专家的工程师提供射频功能，”瑞萨电子连接与音频业务部高级首席工程师 Hisayasu Sato 博士说。“BLE 需要便于许多非射频专家的工程师使用。”

新的匹配电路技术覆盖了很宽的阻抗范围，使 IC 无需外部阻抗匹配电路即可匹配各种天线和电路板阻抗。瑞萨电子表示，针对本地生成的参考信号的新信号校正技术使用一个小电路来自我校正电路元件中的不一致性和周围条件的变化，而无需校准。

该公司已在基于 22 纳米 CMOS 工艺的蓝牙 LE 射频收发器电路原型上验证了这些技术。该原型展示了包括电源在内的缩小电路面积，尺寸为 0.84 mm 2。小尺寸是通过修改接收器架构以减少电感器的数量并进行增强，例如具有小安装面积的低电流基带放大器和高效的 D 类放大器来实现的。

此外，瑞萨声称拥有一流的电源效率，接收和传输期间的功耗分别为 3.6 mW 和 4.1 mW。对于设计人员来说，这些进步可以转化为更小的尺寸、更低的电路板成本、更低的功耗和更简单的电路板设计过程。

参考信号自校正电路技术无需校准电路。。（来源：瑞萨电子）

匹配电路技术覆盖广泛的阻抗范围

大约六年前，瑞萨展示了一种集成阻抗匹配电路技术，该技术能够设计紧凑且低成本的蓝牙 LE 产品，无需外部电感器或电容器即可在接收和传输之间切换或阻抗匹配。

但瑞萨电子表示，阻抗不一定达到 50 Ω，具体取决于天线或电路板设计，仍然需要外部匹配电路。此外，该公司表示，当使用早期技术并添加具有阻抗改变功能的匹配电路时，可能会出现其他问题，包括信号损耗增加和无法实现足够的变化范围。

为了解决这些挑战，瑞萨开发了一种新的可变阻抗匹配电路技术，由两个电感器和四个可变电容器组成。瑞萨电子表示，在这种新设计中，匹配电路中使用的发射器侧电感器和接收器侧电感器配置为同心排列，它们的互感用于减少信号损耗并减少有效寄生电容。

结果是扩展的可变阻抗范围和更小的电路面积。瑞萨确认电压驻波比 (VSWR) 最大值为 6.8，可变阻抗范围约为 25 至 300 Ω。

参考信号自校正电路技术省去了校准电路

瑞萨电子表示，RF收发器在内部生成与通过天线接收的无线电信号频率大致相同的参考信号，该信号用于将千兆赫频带无线信号转换为低频基带信号。该公司表示，挑战在于参考信号精度可能会因电路元件的不一致或温度或电源电压的变化等因素而降低。

补偿技术已用于相位和幅度偏差，并带有校准电路，以准确生成参考信号。但是有几个挑战。瑞萨电子表示，集成校准电路需要更大的芯片面积、更高的功耗和更高的测试成本。

瑞萨电子的新型自 IQ 相位校正电路技术解决了这些挑战，该技术使用四个不同相位的参考信号通过允许相位差相互抵消来相互校正。瑞萨表示，“对接收性能至关重要的镜像信号抑制比平均为 39 dB，符合蓝牙标准，并且有充足的余量。”

此外，自校正电路的尺寸约为传统校准电路的十二分之一。瑞萨电子表示，它还具有功耗和成本优势。

除低功耗蓝牙外，这些技术还可用于不同类型的射频收发器。“由于它不仅是一种仅限于 BLE 的技术，因此假设了 Wi-Fi 和 sub-GHz 等应用，但我们将在未来继续进一步研究以确定它是否真正适用。这些技术有助于这些无线应用的低成本和低功耗，”佐藤说。

瑞萨电子目前正致力于这些技术的实际应用。Sato 表示，该公司刚刚开始考虑将这些技术用于其 MCU 和无线产品。目标发布日期尚未确定。

审核编辑 黄昊宇