RF即Radio Frequency——射頻。指的是什么呢?廣泛定義,應是指300KHZ到300GHZ范圍之間的高頻交流變化電磁波。射頻技術在無線通信領域中被廣泛使用,它的定義范圍隨著時代和科技應用逐漸演化和發(fā)展。RFIC——射頻芯片,我們也稱之為MMIC。指的是將無線電信號通信轉換成一定的無線電信號波形,并通過天線諧振發(fā)送出去的一個元器件(模塊),它包括功率放大器、低噪聲放大器和天線開關。

射頻芯片架構包括接收通道和發(fā)射通道兩部分。發(fā)射電路由發(fā)射調制器、發(fā)射鑒相器、發(fā)射壓控振蕩器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、發(fā)射互感器等電路組成。發(fā)射時,邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息送入發(fā)射調制器,與本振信號調制后用TX-VCO把信號頻率上升為基站能接收的頻率信號。

當TX-VCO工作后,產生頻率信號分兩路走:

A、路取樣送回發(fā)射調制器,與本振信號混頻產生一個發(fā)射鑒頻信號,送入鑒相器中與發(fā)射中頻進行較;若與工作信道不符合,則鑒相器會產生一個跳變電壓去控制TX-VCO內部變容二極管的電容量,達到調整頻率目的。

B、路送入功放經放大后由天線轉化為電磁波輻射出去。

接收電路由天線、天線開關、濾波器、高放管(低噪聲放大器)、接收解調器等電路組成。接收時,天線把基站發(fā)送來電磁波轉為微弱交流電流信號經濾波,經過天線開關接收通路,送高頻濾波器濾除其它無用雜波,高頻放大后,送入接收解調器與本振信號進行解調,得到接收基帶信息送到邏輯音頻電路進一步處理。以上所有的器件和信號處理,構成了一個完整的射頻芯片(或射頻模塊)。

射頻芯片應用

射頻芯片其實應用廣泛。很多介紹是以手機為例,因此對于射頻,消費者可能以為,除了藍牙(2.4G),就是3G、4G、5G之類。實際上,涉及無線通信,滿目RF。以下是日常生活中常見的一些RFIC涉及生活方面的應用。涉及消費電子比如手機的,一般是4G/5G通信的RFIC應用;筆記本、無線鼠標等一般是2.4G應用;wifi一般是2.4G/5G的RF應用。涉及汽車電子的可能是77G倒車雷達、24G距離監(jiān)測等雷達模塊;涉及智能家居多是2.4G 的RFIC應用,便宜便捷常見;涉及工業(yè)無線環(huán)境和環(huán)境測試,可能是sub1GHZ,也會用2.4GHZ;涉及無線抄表,電表一般與消費電子統(tǒng)一起來并晚于消費電子的發(fā)展一個臺階,如今進入5G的開發(fā)應用,而無線抄表逐漸從3G時代換到4G模塊通信;而家用的氣表和水表則一般使用sub1GHZ。智慧樓宇應該是應用RFIC最廣泛且五花八門的場合了,比如監(jiān)控攝像頭使用4G通信,保證實時性和流暢性;煙霧報警使用sub 1GHZ或者2.4GHZ,保證能和網(wǎng)關及時聯(lián)通,組網(wǎng)通信即可;智能家居也是如此,不過,為了便民和統(tǒng)一標準,一般使用2.4GHZ的RFIC;玩具過去更多更常見的是使用1GHZ的RFIC,如今也逐漸出現(xiàn)了很多2.4GHZ的RFIC,便于與手機等連接。

3G、4G、5G隨著手機的更新?lián)Q代,大家都比較熟悉了,無非是不同國家不同標準,不同運營商不同頻段的使用。而除了手機以外,我們生活中應用最多的是2.4G,悄摸摸出現(xiàn)而不為人知的是1G(有的廠家指的是315/433/470/868/ 915MHZ這些1GHZ以內的頻段),我們今天主要來談一談這兩個頻段的RFIC。

Sub-1GHZ與2.4GHZ的區(qū)別

Sub-1GHZ與2.4GHZ一般應用于物聯(lián)網(wǎng)場景以及之智能家居、玩具、環(huán)境監(jiān)測當中,在免許可頻段的無線通信應用中,Sub-1GHZ 和 2.4GHZ 兩個無線頻段是主要的選擇。Sub-1GHZ 無線頻段適合于組建低數(shù)據(jù)速率低功耗的無線通信網(wǎng)絡,2.4GHZ 比較適合于小范圍內的高數(shù)據(jù)速率通信。所以,應用時,一般會考慮距離、功耗、干擾、組網(wǎng)便捷程度等幾個方面因素。這就需要對Sub-1GHZ與2.4GHZ的RFIC的特性進行比較。

第一,Sub-1GHZ 相對而言覆蓋范圍大,是規(guī)?;B接組網(wǎng)比較好的選擇(如圖3的MESH組網(wǎng),各節(jié)點間通信,可做到忙時互相通信,閑時上傳網(wǎng)關)。

第二,Sub-1GHZ在以少數(shù)據(jù)量而非視頻等高流量的應用中,僅需要較窄的帶寬進行無線數(shù)據(jù)傳輸,對射頻收發(fā)的功耗要求也低,適合于電池供電或能量收集供電的物聯(lián)網(wǎng)設備應用。

第三,較低帶寬導致較低的熱噪聲,接收靈敏度有較好的表現(xiàn)。使用 Sub-1GHZ 頻段系統(tǒng)可以降低無線網(wǎng)絡部署的基礎設施成本。

此外,相對而言,2.4GHZ 設備近距離部署密集會對射頻有一定干擾,Sub-1GHZ 干擾情況會比 2.4GHZ 好些。因此,雖然我們可以經常聽說、接觸到的時2.4GHZ,但是Sub-1GHZ也具有廣泛的應用天地。

Sub-1GHZ 頻段為不同無線電發(fā)射設備分配使用,呈現(xiàn)行業(yè)化應用特點,不同無線電發(fā)射設備規(guī)定的頻段不同,基本形成專用頻段和公用頻段兩部分,專用頻段主要面向國防、鐵路、公安、政府、電力等系統(tǒng)應用。公用頻段可以分為許可頻段和免許可頻段,許可頻段如NB-IoT、LoRa 等,免許可頻段主要是公眾對講機、微功率短距離無線電設備等。

Sub-1GHZ RFIC應用主要是以遙控、語音和數(shù)據(jù)通信為主。遙控是如門禁、遙控器和開關等應用;語音則以對講機為主;數(shù)據(jù)通信一般是Lora或NB-IOT無線組網(wǎng)、規(guī)模化應用部署是數(shù)據(jù)通信應用的主要特點,主要的典型應用是無線抄表。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對 Sub-1GHZ RFIC有著更為廣泛的需求。目前,低功耗物聯(lián)網(wǎng)的傳感器或設備供電方式電池是主流的搭配。隨著對電池長壽命的要求以及其他能量采集(如太陽能、無線能量傳輸?shù)?供電方式的應用發(fā)展,應用對 Sub- 1GHZ RFIC發(fā)射功耗的要求也越來越高。笙科的Sub- 1GHZ RFIC有較多的型號滿足目前低功耗的需求。