通过 BlueNRG-LP 驱动外部 RF 前端

只看该作者 · 2024-7-14 19:26

BlueNRG-LP 是一款超低功耗的蓝牙低功耗 SoC 器件，在天线连接器处可达到+8 dBm 输出功率。然而，蓝牙标准允许的最大输出功率为+20 dbm（当地法规仍然可以将输出功率限制在较低的值）。

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由于该原因，BlueNRG-LP 提供了控制外部 RF 前端的可能性，可以通过使用集成的功率放大器来增加输出功率。

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除了功率放大器（PA）， RF 前端通常还可以集成一个低噪声放大器（用于提高灵敏度）、TX/RX 开关电路、匹配网络和谐波滤波器。

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一、RF 控制信号

通常来说，一个外部前端至少要有 2 个引脚来控制，从而选择性地将天线连接到 PA 的输出或 LNA 的输入（LNA 可能不存在）。在 LNA 不存在的情况下，射频开关可以直接将 TX/RX 引脚与天线连接。

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下面显示了一个外部前端的简单框图示例。前端内部可能有其他功能块（例如 PA 上的谐波滤波器），或 TX/RX 端口和天线之间的旁路路径。

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为了控制外部前端，需要从 SoC 生成一些信号。通常只需两个信号即可：前者控制 TX 路径，后者控制 RX 路径。这些信号控制前端的方式会因制造商而存在差别。

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此外，在无线电处于传输或接收状态之前，总是需要预测 TX_EN/RX_EN 信号。这是因为功率放大器稳定功率需要一定的时间，同时也会消耗大量的电流，由此便会导致 BueNRG-LP PLL 不稳定。因此，无线电定序器会产生两种信号：

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TX_SEQUENCE，当无线电定序器将要启动传输时，此信号将升高；当内部 PA 被关闭时，此信号则降低。

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RX_SEQUENCE，当无线电定序器准备开始接收时，此信号将升高；当无线电离开 RX 状态时，此信号则降低。

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TX_SEQUENCE 从低到高的转变发生在无线传输首个比特之前。同样，RX_SEQUENCE 从低到高的转变发生在无线电处于接收状态之前。

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以上时间控制取决于状态（TX 或 RX）和 PLL 校准是否完成。每次使用不同的射频通道时都要进行 PLL 校准

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时间控制见表 1. 射频控制信号和 TX/RX 状态之间的延迟。这些时间控制基于硬件需求，并由固件相应地设置。

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下图中的框图显示了 BlueNRG-LP 与外部前端之间的必要连接。TX_CTRL 和 RX_CTRL 是用于控制前端的引脚，可因所用的控制模式而异。

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如果前端已经集成了阻抗匹配和合适的谐波滤波器，则无需外加匹配网络和谐波滤波器。

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图 2. BlueNRG-LP 与射频前端的连接框图

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二、RF 控制模式

BlueNRG-LP 中有两种选项用于使用由无线电定序器产生的 TX/RX 序列信号。

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1. 自动模式，即内部 TX_SEQUENCE 和 RX_SEQUENCE 信号被路由到 SoC GPIO。这些信号可能与前端的控制逻辑不兼容