FM調(diào)頻收音功能已成為手機(jī)一種標(biāo)配，幾乎所有主流手機(jī)都有FM功能。但您是否有這樣的經(jīng)歷，點(diǎn)開(kāi)了手機(jī)上的“收音機(jī)”，結(jié)果手機(jī)提示您，“請(qǐng)插入耳機(jī)”，無(wú)奈身邊沒(méi)有耳機(jī)，實(shí)在是攪擾了您聽(tīng)調(diào)頻廣播的興致，這都是因?yàn)樾枰鷻C(jī)充當(dāng)FM接收天線所導(dǎo)致的，如今，越來(lái)越多的手機(jī)采用內(nèi)置調(diào)頻接收天線取代傳統(tǒng)的耳機(jī)天線，相信很快，這種糾結(jié)的場(chǎng)景將會(huì)變成一種回憶。而在一些海外市場(chǎng)，調(diào)頻接收性能的好壞很有可能極大程度的影響到該款手機(jī)的市場(chǎng)接受程度，因此，使用內(nèi)置天線的高性能的FM外放功能既能成為賣(mài)點(diǎn)又能更好地迎合市場(chǎng)的需求。
內(nèi)置FM天線的難點(diǎn)
誠(chéng)然，內(nèi)置FM天線使耳機(jī)已不再成為收聽(tīng)FM廣播的一種約束，但相對(duì)于傳統(tǒng)的耳機(jī)FM天線，它卻對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求。首先，內(nèi)置天線相對(duì)于傳統(tǒng)的耳機(jī)天線而言，由于天線尺寸的大大縮減，內(nèi)置天線的輸入阻抗通常很難做到類(lèi)似耳機(jī)天線的50歐姆附近，表現(xiàn)為在smith圓圖上，在FM頻段，內(nèi)置天線通常為靠近開(kāi)路點(diǎn)的高阻抗輸入(如圖1)。
圖1：實(shí)際測(cè)量的幾款FM內(nèi)置天線的輸入阻抗在smith圓圖上的分布。
此外，天線尺寸的大幅縮減，導(dǎo)致內(nèi)置天線相對(duì)于傳統(tǒng)的耳機(jī)天線有更大的天線損耗，一般如果天線無(wú)方向性時(shí)，損耗值約為30～50dB。通常在電路匹配較好，天線能較好諧振時(shí)天線的效率才較高，接收性能才會(huì)較好，而FM頻段的相對(duì)帶寬比較寬，天線的輸入阻抗從低頻點(diǎn)到高頻點(diǎn)有極為顯著的變化，因此要實(shí)現(xiàn)寬帶匹配最終使天線較好地實(shí)現(xiàn)諧振具有相當(dāng)?shù)碾y度。為了實(shí)現(xiàn)較寬帶寬的阻抗匹配，并補(bǔ)償損耗，以及在寬頻帶內(nèi)使天線能較好地諧振，從而提升整個(gè)FM系統(tǒng)的接收性能，在FM內(nèi)置天線設(shè)計(jì)中引入低噪聲放大器，設(shè)計(jì)有源FM內(nèi)置天線，正越來(lái)越成為一種潮流。
FM內(nèi)置天線低噪聲放大器
英飛凌的BGB707L7ESD是一顆專(zhuān)為有源FM內(nèi)置天線應(yīng)用設(shè)計(jì)的MMIC低噪聲放大器，它已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到許多主流手機(jī)的FM外放(有源內(nèi)置天線)電路中。對(duì)于常見(jiàn)的Monopole(對(duì)地表現(xiàn)為容性阻抗)和Loop(對(duì)地表現(xiàn)為感性阻抗)天線，BGB707L7ESD都可以通過(guò)對(duì)匹配電路的調(diào)整而使天線較好地諧振，降低天線因?yàn)樽杩共黄ヅ涠a(chǎn)生的損耗，從而達(dá)到很好的FM接收性能。
圖2所示為測(cè)得的某一款monopole天線在FM頻段的輸入阻抗。在Smith圓圖上可以很明顯的看到，該天線的輸入阻抗為非50歐姆的高阻抗輸入。圖3為BGB707L7ESD作為內(nèi)置天線低噪聲放大器應(yīng)用時(shí)所推薦的電路圖形式，具體參數(shù)可參考英飛凌應(yīng)用筆記AN177。實(shí)際測(cè)量時(shí)，通過(guò)使用該電路，對(duì)應(yīng)于同一高輸入阻抗天線，當(dāng)選擇加與不加BGB707L7ESD低噪聲放大器時(shí)，對(duì)于整個(gè)FM接收系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度有30dB以上的提升，這對(duì)于改善天線的G/T值有極大的貢獻(xiàn)，因此AN177的電路形式更加適合高輸入阻抗的FM內(nèi)置天線的應(yīng)用。其中ESD1為ESD0p8RFL、ESD0p2RF系列等用于天線ESD靜電保護(hù)的TVS管。
圖2：實(shí)測(cè)某款monopole天線的輸入阻抗。
以ESD0p2RF-02LRH(0402封裝)為例，該TVS管在1GHz頻率時(shí)對(duì)地的引線電容值僅為0.2pF，所以在FM頻段對(duì)輸入端匹配的影響可完全忽略，而在使用該TVS管后，由于該TVS管相對(duì)于同類(lèi)產(chǎn)品有極低的動(dòng)態(tài)電阻，使得天線輸入端的防靜電等級(jí)可達(dá)20KV(IEC61000-4-2，接觸放電)，從而更加有效地保護(hù)整個(gè)FM有源天線電路部分。此外，BGB707本身所有管腳均自帶ESD保護(hù)功能，射頻輸入管腳為3KV，其他管腳為2KV、HBM，因此可以有效地避免生產(chǎn)過(guò)程(工藝)中的ESD靜電問(wèn)題。
圖4為BGB707L7ESD在圖3(AN177)所示電路下所測(cè)得的輸入阻抗。顯然，對(duì)于圖2所示的Monopole天線，該電路可以使其在整個(gè)FM頻段內(nèi)較好地工作在接近諧振的狀態(tài)。
圖3：BGB707L7ESD應(yīng)用筆記AN177電原理圖。
圖4：實(shí)測(cè)BGB707L7ESD AN177應(yīng)用電路輸入阻抗。
圖5：實(shí)測(cè)BGB707L7ESD AN177應(yīng)用電路的穩(wěn)定系數(shù)(0-10GHz)。
圖6為一個(gè)等效長(zhǎng)度11厘米的Monopole手機(jī)內(nèi)置天線接在頻譜分析儀上的實(shí)地FM信號(hào)的接收表現(xiàn)，測(cè)量環(huán)境為室內(nèi)靠窗有良好FM的接收條件。從圖上可看出，即使是在良好的接收條件下，超短天線的接收效果是非常差的。基本上完全接收不到FM信號(hào)。因?yàn)樵撎炀�自身及匹配錯(cuò)誤的損耗大于30Db，所以把FM信號(hào)完全壓抑了。
圖6：某Monopole內(nèi)置天線接在頻譜儀上的實(shí)地FM信號(hào)的接收表現(xiàn)，幾乎完全接收不到FM信號(hào)。
圖7為同一天線加上BGB707L7以后在頻譜分析儀上的實(shí)地FM信號(hào)的接收表現(xiàn)。在同樣的測(cè)量條件下，總共可以接收到12個(gè)FM電臺(tái)的信號(hào)，由此可看出BGB707L7可以對(duì)手機(jī)內(nèi)置天線的FM信號(hào)接收提供大幅改善。事實(shí)上，無(wú)論是對(duì)于Loop或是Monopole形式的內(nèi)置FM天線，BGB707L7都有很大的幫助。
圖7：同一天線加上BGB707L7后在頻譜儀上的實(shí)地FM信號(hào)的接收表現(xiàn)，總共可以接收到12個(gè)FM信號(hào)。
本文小結(jié)
BGB707L7ESD具有如下特點(diǎn)：高阻抗輸入，從而能較好的使尺寸較小內(nèi)置天線工作在諧振狀態(tài)以及降低天線因?yàn)樽杩共黄ヅ涠a(chǎn)生的損耗；提供足夠高的增益，以及非常低的噪聲系數(shù)。在0至10GHz頻率范圍內(nèi)均能穩(wěn)定工作(圖5)。內(nèi)置偏壓電路使BGB707L7ESD在寬溫度范圍內(nèi)工作狀態(tài)都非常穩(wěn)定可靠。所有管腳均有ESD保護(hù)(射頻輸入管腳為3KV，其他管腳為2KV，HBM)，因此可以有效避免生產(chǎn)過(guò)程(工藝)中的ESD靜電問(wèn)題。小型化封裝，有效節(jié)約PCB面積。
基于以上的這些優(yōu)點(diǎn)，BGB707L7ESD非常適合用于手機(jī)、PDA、PND等移動(dòng)設(shè)備中FM內(nèi)置有源天線的應(yīng)用，利用其實(shí)現(xiàn)的有源天線可以接近或達(dá)到傳統(tǒng)耳機(jī)天線的FM接收性能。 |
