Типы радиочастотных микросхем: классификация и применение

Радиочастотные и беспроводные чипы представляют собой интегрированные схемы, которые предназначены для специальных радиочастотных устройств. Это системы радиочастотной связи для приема, передачи и обмена данными. Микросхемы RF — это основной драйвер беспроводных систем. В быстро развивающейся сфере беспроводной связи радиочастотные интегрированные цепи играют важную роль. РЧ-чипы не только обеспечивают эффективную передачу и получение информации, но и служат фактором продвижения новых технологий. Вместе с экспертами «ЗУМ-СМД» рассмотрим, какие бывают радиочастотные интегральные компоненты, и где они применяются.

Содержание:

1. Свойства и частота радиочастотных микросхемы
2. Типы радиочастотных микросхем и их функции
3. Применение радиочастотных микросхем

Свойства и частота радиочастотных микросхемы

RF-чипы радиочастотных интегральных компонентов изготавливаются для сложных радиотехнических устройств. Они выполняются на маленьких печатных платах и являются трансиверами беспроводных каналов связи. Современные радиочастотные модули развиваются в направлении увеличения степени интеграции.

Именитые производители стремятся достичь миниатюризации продукта с помощью передовых технологий, таких как 3D-упаковка. Благодаря этому уменьшается размер изделий и их стоимость, при этом происходит повышение производительности.

Частота, используемая для связи, а в некоторых случаях и для передачи пакета энергии в чип, выбирается исходя из сферы применения системы. Главное условие выбора несущей частоты — это отсутствие или уменьшение излучений электронной аппаратуры, расположенной рядом с применяемой системой и работающей в определенном диапазоне частоты.

Компьютеры же работают в самом широком частотном спектре, поэтому подобрать частоту, которая не задействована в таких системах, очень сложно. В помещениях с компьютерным оборудованием принято использовать радиочастотные микросхемы с каналом связи в несколько гигагерц. Это делается потому, что сверхвысокая частота легко экранируется, а наводки от нее получаются слабыми. Причем очень немногие электронные компоненты способны усиливать и реагировать на сигнал, частотой в несколько гигагерц.

Существуют интегрированные изделия, которые работают на частоте звукового и ультразвукового диапазона, от 3 кГц и выше. Есть RF-чип, которые ведут прием/передачу в длинноволновом, средневолновом или коротковолновом диапазонах. Многие беспроводные микросхемы имеют канал, работающий на частоте, находящейся на участке 30 МГц — 2,4 ГГц. Существуют модели чипов, функционирующих на частотах до 1 ТГц.

Типы радиочастотных микросхем и их функции

Из большого разнообразия радиочастотных микросхем собирают интегрированные устройства. Их монтируют на небольших печатных платах. Эти радиодетали входят в категорию RF-чипов. Для таких систем обработки сигналов используются функции:

• переключение антенны;
• двухсторонний прием/передача;
• преобразование частоты;
• фильтрация;
• детектирование;
• усиление и ограничение;
• генерация и определения контрольных сигналов;
• шумоподавление и др.

Существуют дискретные интегральные микросхемы, которые используются для реализации требуемых функций радиочастотных микромодулей. Это трансиверы, усилители сигнала и радиосигнала, радиочастотные активные фильтры и коммутаторы, контроллеры/синтезаторы радиочастоты. Также используется устройство поддержки кодека, который является основой для технологии сжатия и декомпрессии данных.

Радиочастотный переключатель управляет состоянием ВЧ-сигналов и коммутацией между полосами частот. Фильтр промежуточной частоты дискриминирует нежелательные сигналы, сохраняя полезный сигнал в нужной полосе частот, тем самым улучшается качество связи.

Для полноценной работы интегрированной системы нужны дополнительные микросхемы, непосредственно не участвующие в обработке сигналов. Это может быть система тепловой защиты и интегрированная схема часов реального времени. Для плат RF-чипов потребуется, как минимум логическая схема и контроллер питания. Чипы интегрируются в печатную плату различных устройств, например, смартфонов или умных часов.

У некоторых подобных устройств есть встроенная защита от электростатического разряда и штифт для тестового действия. Также в RF-чип может быть интегрирован автоматический блок управления мощностью и встроенный осциллятор. Стандартный генератор формирует стабильный тактовой сигнал для обеспечения точности работы системы связи.

Радиочастотные микросхемы, используемые для обеспечения сотовой связи, имеют три основные вариации высокочастотных диапазонов для беспроводных интегрированных трансиверов:

• 902 — 928 МГц;
• 2,400 — 2,500 ГГц;
• 5,725 — 5,875 ГГц.

Специальный RF-счетчик нужен для подсчета частоты, контроля формы волны и других параметров радиочастотных сигналов.

Применение радиочастотных микросхем

RF-чипы широко используются в области беспроводной связи и систем кабельного телевидения. Радиочастотные микромодули, микросхемы/трансиверы применяются в качестве электронных компонентов в топологии радиотелефонов, смартфонов, автомобильных радаров, роутеров и маршрутизаторов, модулей Wi-Fi, других электронных устройств с каналом радиочастотной связи.

Широкое применение технологии 5G принесло новые возможности для RF-чипов, при этом возникли и некоторые проблемы. Необходима поддержка большего количества частотных полос, чтобы достичь высоких показателей эффективности в системах передачи данных. Заглядывая в будущее, с разработкой новых коммуникационных технологий, таких как 6G, радиочастотные новинки получат еще более новые возможности.

Быстрое развитие технологии IoT значительно расширило применение радиочастотных микросхем. Сейчас они обильно используются в:

• умных домах;
• умных городах;
• интеллектуальном транспорте и других областях.

Постоянная эволюция РЧ-чипов приводит к расширению возможностей многих аппаратов и электрооборудования. К увеличению скорости обработки данных и снижению энергопотребления. Благодаря непрерывным технологическим инновациям и прорывам в области проектирования микросхем, радиочастотные чипы стали более интеллектуальными и интегрированными. Это способствует созданию более эффективных и удобных сетей беспроводной связи.