目前非常热门的蓝芽(Bluetooth)技术，是一种工作于2.4GHz的短距离射频无线传输系统。蓝芽系统在硬件上包含射频、基频(Baseband)、微控制器(MCU)及内存(Memory)等部分，而在射频及Baseband的部分目前还没有公开的IP，因此蓝芽系统的开发厂商必需自行设计研发，本文将针对射频的部分做说明。

蓝芽系统在规划之初即以低成本、低功率消耗等设计概念为主要考虑重点，因此在射频次系统的规格上放得较宽松，所以可以用低成本的CMOS制程制作出其所需的射频收发器(RF Transceiver)线路，并可进一步与Baseband数字线路结合成为单芯片(Single Chip IC)。本文就是要介绍工研院以0.25μm CMOS制程设计的2.4GHz Bluetooth RF Transceiver IC。

RF规格

蓝芽(Bluetooth)的重要RF规格如下：

Bluetooth系统要求的灵敏度较低(因为是短距离使用，比较一下，DECT灵敏度要求为-83dBm, GSM 灵敏度要求为-102dBm)，预留较大的Noise Margin，因此能承受较高的Substrate Noise(方便与Baseband整合)，及使用电流较低、特性中等的射频低噪声放大器(Low Noise Amplifier；LNA)。系统并容忍较高的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator；VCO)的相位噪声(Phase Noise)，因此可将VCO整合进IC中，同时收发间频道转换时间达220μs，单一频率合成器即可符合需求。上述种种，是Bluetooth RF Transceiver较容易以CMOS整合的原因。

2.4GHz CMOS RF Transceiver IC

工研院在设计这颗RF Transceiver IC时的基本想法如下：

(图一)是本颗RF Transceiver IC 的方块图，它包含了射频低噪声放大器、混波器对(Quadrature Mixer Pair；用来产生有90度相位差之中频讯号对，以供后续信号处理)，镜像讯号抑制(Image Suppression)及频道选择(Channel Selection)滤波器、GFSK解调器、频率合成器、压控振荡器(VCO)、倍频器及输出放大器等部份组成。前三者构成低中频接收器(Low IF Receiver)，使用这种线路架构，镜像讯号抑制及频道选择都由线路架构及IC化的主动滤波器完作，因此不需外接滤波器与超外差接线器架构比较，省去了二个滤波器。

《图一 》

为了频道选择，主动滤波器为7阶的带通滤波器。GFSK解调器为移相乘法器的架构，但移相部分在IC内含，省去外接之90度移相器。发射部份，以直接调变VCO的方式将Data载在载波上。倍频器避免输出放大器对压控振荡器的干扰，输出放大器提供1mW输出，若需100mW输出则需另加一颗100mW的射频功率放大器。

本IC采用台积电0.25μm CMOS制程，(图二)是其布局图。IC的右半边是射频线路，左边为滤波器及解调器。射频线路上使用电感以降低电流消耗。压控振荡器部份，Tank线路的电感及变容器(Varactor)均为On-Chip组件，相位噪声为-92dBc(@100KHz Offset)。在设计上，接收器灵敏度可达-80dBm，接收及发射状态电流小于30mA，工作电压为2.7~3.3V。本IC目前正在制作，七月份有第一阶段结果，年底完成开发。

《图二 》

未来发展

本IC的设计虽然是针对着Bluetooth，但对于以CMOS开发其他特性要求较高的系统也做过相当程度的评估。预期在略高的功率消耗、更佳的制程，CMOS可以制造移动电话用的RF IC，这也是我们可以努力的方向。(作者目前任职工研院系统芯片技术中心组长)