F2923：高性能恒阻抗SP2T RF開關的設計與應用

在無線通信和射頻（RF）應用領域，一款性能卓越的RF開關對于系統的穩定運行至關重要。今天，我們就來深入了解一下Renesas的F2923——一款低插入損耗的50Ω SP2T吸收式RF開關。

文件下載：F2923NCGI.pdf

一、F2923概述

F2923專為眾多無線和其他RF應用而設計，覆蓋了從300 kHz到8000 MHz的廣泛頻率范圍。它不僅具備低插入損耗、在2 GHz時行業領先的隔離度以及出色的線性度，還擁有一項正在申請專利的恒阻抗（(K_{z})）特性。這項特性能夠有效減少壓控振蕩器（VCO）中的本振牽引（LO pulling），降低分配網絡中的相位和幅度變化。同時，它非常適合在兩個或多個放大器之間進行動態切換或選擇，避免對上游/下游的敏感設備（如功率放大器（PA）和模數轉換器（ADC））造成損壞。

F2923采用3.3 V的單正電源電壓，支持使用3.3 V或1.8 V控制邏輯的三種狀態。此外，它還設有ModeCTL引腳，允許用戶通過單引腳或雙引腳控制設備。

二、競爭優勢

1. 恒阻抗特性：在轉換過程中，F2923能在所有端口提供恒定阻抗，且不會影響隔離度、線性度或插入損耗。相比標準開關，其在切換過渡期間的VSWR（電壓駐波比）在RF_Com端口僅為1.4:1，而標準開關為9:1。
2. 出色的電氣性能：在2 GHz時，插入損耗僅為0.48 dB，IIP3（三階輸入截點）高達 +66 dBm，RF1/RF2到RF_COM的隔離度為74 dB。
3. 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -55 °C至 +105 °C，適用于各種惡劣環境。
4. 無需負電源電壓：簡化了電路設計。

三、應用領域

F2923的應用范圍十分廣泛，涵蓋了基站（2G、3G、4G）、便攜式無線設備、中繼器和E911系統、數字預失真、點對點基礎設施、公共安全基礎設施、WiMAX收發器、軍事系統、JTRS無線電、RFID手持和便攜式閱讀器、電纜基礎設施、無線局域網以及測試/ATE設備等。

四、產品特性

1. 過渡期間的恒阻抗（(K|Z|)）：確保信號傳輸的穩定性。
2. 極低的插入損耗：在2 GHz時為0.48 dB，減少了信號損失。
3. 高輸入IP3：在2 GHz時為66 dB，保證了線性度。
4. 高隔離度：RF1/RF2到RF_Com在2 GHz時的隔離度為74 dB，減少了信號干擾。
5. 靈活的控制方式：提供單引腳或雙引腳設備控制選項。
6. 低直流電流：使用3.3 V邏輯時僅為127 μA，降低了功耗。
7. 寬溫度范圍： -55 °C至 +105 °C，適應不同環境。
8. 小型封裝：采用4 mm x 4 mm、20引腳的TQFN封裝，節省了電路板空間。
9. 引腳兼容：與F2912引腳兼容，方便升級和替換。

五、電氣參數

（一）絕對最大額定值

（二）推薦工作條件

（三）典型應用電路參數

在典型應用電路中，(V{CC}= +3.3 V)，(T{C}= +25^{circ} C)，(F_{RF}= 2 GHz)，輸入功率 = 0 dBm（除非另有說明）。PCB板跡線和連接器損耗已去嵌入（除非另有說明）。具體參數包括插入損耗、隔離度、回波損耗、輸入截點等，這些參數在不同頻率下表現良好，為電路設計提供了可靠的依據。

六、控制邏輯

F2923提供了靈活的控制方式，通過ModeCTL引腳可以選擇單引腳或雙引腳控制。具體的控制真值表如下：

（一）雙引腳控制（CTL1和CTL2）

（二）單引腳控制（CTL2）

（三）控制引腳選擇

七、典型工作曲線

文檔中給出了插入損耗、隔離度、回波損耗等參數隨電壓、溫度和頻率的變化曲線。這些曲線有助于工程師在不同的工作條件下預測和優化F2923的性能。例如，插入損耗在不同溫度和電壓下的變化情況，能夠幫助工程師確定最佳的工作條件，以減少信號損失。

八、封裝與引腳說明

（一）封裝

F2923采用4 mm x 4 mm、20引腳的TQFN封裝，具有良好的散熱性能和較小的體積，適合高密度電路板設計。

（二）引腳描述

九、應用信息

（一）默認啟動

控制引腳沒有內部下拉電阻到邏輯低或上拉電阻到邏輯高。啟動時，所有控制引腳應設置為邏輯低（0），以啟用雙引腳開關控制，打開RF1和RF2路徑，并將邏輯控制電壓設置為3.3 V。

（二）電源供應

所有需要直流電源的引腳應使用公共的VCC電源。所有電源引腳應使用外部電容旁路，以最小化噪聲和快速瞬變。電源電壓變化或瞬變的壓擺率應小于1 V / 20 μS。此外，在電源電壓斜坡上升或返回零期間，所有控制引腳應保持在0 V（±0.3 V）。

（三）控制引腳接口

如果控制信號完整性是一個問題，且由于過沖、下沖、振鈴等原因無法保證干凈的信號，建議在每個控制引腳的輸入處使用特定的電路。

十、評估套件（EVKIT）

（一）硬件設計

F2923 EVkit是一個薄的多層板（總厚度為0.032”），采用Rogers的4350高RF性能材料設計。在連接電路板時，需要注意避免對其造成物理損壞。

（二）操作步驟

1. 外部電源設置：設置VCC電源在3.1 V至3.5 V的電壓范圍內，并禁用電源輸出。
2. 邏輯控制設置：可以使用EVKIT手動設置控制邏輯，也可以使用外部控制邏輯。
3. 開啟程序：按照外部電源設置和邏輯控制設置部分的說明設置電源和評估板，連接預設/禁用的VCC電源到PCB上的VCC和GND回路，啟用VCC電源，設置所需的邏輯設置。
4. 關閉程序：如果使用外部控制邏輯控制CTL1和CTL2，則將它們設置為邏輯低，禁用VCC電源。

十一、總結

F2923以其出色的性能、靈活的控制方式和廣泛的應用領域，成為了RF開關市場中的一款優秀產品。對于電子工程師來說，在設計無線通信和RF系統時，F2923是一個值得考慮的選擇。在實際應用中，我們需要根據具體的需求和工作條件，合理選擇控制方式、電源供應和外部電路，以充分發揮F2923的優勢。你在使用RF開關的過程中遇到過哪些問題呢？你認為F2923在哪些方面還可以進一步優化？歡迎在評論區留言討論。