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电子电路大全(PDF格式)-第68部分

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频电路,在应用中需要稳定的基准频率时,把 CLKOUT 脚连接到 GP2/T0CK1 端输入上,并 

且使用 TIMER0 模块。CLKOUT 的电压幅值由在CLKOUT 脚上的充电电容决定 (2V ,5pF )。  

     发射器采用充电泵 PLL  电路,充电泵 PLL  电路比典型电压相位检波器有更多的优点: 

无限制的引入范围和稳定的相位零点,并且允许使用低成本和低噪声的无源回路滤波器。  

     在设计回路滤波器时应主要考虑回路的带宽,相位裕度和阻尼系数。选择一个窄的回路 

带宽可以得到较低的激励电平,但也会降低锁定时间。同理,选择一个宽的回路带宽可得到 

较快的锁定时间,但又会产生较高的激励电平。相位裕度它是衡量 PLL 稳定性的标准。典型 

的回路滤波器的相位裕度应在 30 °~70 °之间。阻尼系数决定自然频率的包络线。  

     PLL  的输出给功率放大器(PA )。PA                  的集电极开路的差动输出可直接驱动闭环天线 

 ( 

  ANT1 、ANT2 ),也可以经过一个阻抗匹配网络改变成单端输出。引脚 ANT1 和 ANT2  为 

集电极开路输出,它们必须通过负载上拉到 VDDRF 。PA 的差动输出应该匹配一个 1 kOhm的负 

载电阻。当匹配不合理时会导致过度的干扰和谐波辐射。发射输出电压可以通过改变 

PS/DATAASK  脚的电压(V            )调节,可调节在  +2dBm  到  …12dBm 中的六个等分值之间。 

                            PS 



ASK 功率选择电路如图 1。4。5 所示,FSK 的功率选择电路如图 1。4。6 所示。在 FSK 的操作中, 

PS/DATAASK 脚只能作为电压选择脚(PS )使用。PA/DATAASK 脚的功能为开启或关断 PA 。 

分压网络上的 R1 和 R2 是确定 V                (功率选择电压),以此达到选择发射器的输出功率。假如 

                                 PS 



想得到最大发射器输出功率可以把引脚 GP0 和 PA/DARAASK 直接连接起来。表 1。4。3 列出 

了R1 和 R2 在 ASK 和 FSK 模式下的典型值。  



                                                                                            



              图 1。4。5    ASK 功率选择电路                                                   图 1。4。6    FSK 功率选择电路  



  


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 ·30 ·                            射频集成电路芯片原理与应用电路设计  



                                      表1。4。3    功率选择  



  发射器输出功率        发射器操作电流         功率选择电压                    ASK                     FSK  



      /dBm            /mA           V /V           R1/kOhm           R2/kOhm           R2/kOhm  

                                     PS 



       +2             11。5          ≥2。0            2。4            4700             ≥75  



       …1             8。6            1。2            6。8             4700            56  



       …4             7。3            0。9            11             4700             47  



       …7             6。2            0。7            15             4700             39  



       …10            5。3            0。5            2。4             4700            27  



       …12            4。8            0。3            4。3             4700            15  



  注意:1。 V  是 PS/DATAASK 脚上的实际电压。  

          PS 



                2。  功率选择电路包含内部 20  uA  的电流源。为了确定当发射 DATAASK=0 (VSSRF )时的输出功率为最小,请选择 R2 



         的值使在它上面的电压降小于0。1V 。  



     为了实现 ASK 操作,PA/DATAASK 脚的功能是控制功率放大器 PA  导通或关断。分压 

网络上的R1 和 R2 是确定 V              ,以此达到选择发射器的输出功率。假如想得到最大发射器输 

                             PS 



出功率可以把引脚GP0 和 PA/DARAASK 直接连接起来。  

     在 FSK  的操作中,PS/DATAASK 脚只能作为功率选择脚(PS )使用。一个 20   uA  的内 

部电流源输出电流流入 PS/DATAASK 脚,通过电阻 R2 产生一个电压降,作为功率控制电压 

 ( 

   V  )控制发射输出功率。V                控制 PA 的偏置电流,高的发射功率需要较大的偏置电流。  

    PS                        PS 



     逻辑控制模式脚 RFENIN 控制着发射器的操作。当 RFENIN=1  时,发射器和 CLKOUT 

工作。当 RFENIN=0  时,发射器和 CLKOUT 进入待机模式。在待机模式时发射机只需很小 

的电流消耗。REFNIN 脚在内部有一个下拉电阻。  



     1。4。4    应用电路设计  



     一个 FSK 的应用电路如图 1。4。7 所示,工作频率 433。92 MHz ,输出功率+2 dBm 。电路可 

根据控制输入信号来发射微控制器内的数据。  

     印制电路板设计时应注意:需要提供一个低阻抗电源和最小噪声辐射的地线。要求使用 

双面 PCB 板,并把地线平面放在底层以减少无线电的辐射和串扰。旁路电容应尽量靠近相应 

电源引脚VDD 和 VDDRF 。用一个单独的 PCB  通孔连接 VSS 和 VSSRF 。千万不要把 PCB  通 

孔与复合地线相连。为减少电路中的分布电容,应避免平行线路的出现。线路应越短越好。 

防止耦合应独立其各组成部分。使用接地线使各信号隔离、屏蔽时钟输出线、隔离 CLKOUT 

信号和减少耦合。回路滤波器的组成部分尽可能地放在离 LF  脚近的地方,并保持线路尽可 

能短。发射天线可印制在 PCB 上。  



  


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                         第1 章    射频发射器芯片原理与应用电路设计                                ·31 · 



                                                                                  



                                 图 1。4。7    FSK 的应用电路  



  1。5    315 MHz~433 MHz FSK/FM/ASK  发射器芯片 

                  TH7107 的原理与应用电路设计  



    1。5。1    概述  



    TH7107 是一个单片 FSK/FM/ASK 发射器芯片,可工作在 310 MHz~440 MHz 频段,芯 

片内集成了晶体振荡器、压控振荡器(VCO )、相频检波器、分频器、功率放大等电路。 

FSK/FM/ASK 调制,FSK 调制通过拉动晶振进行调制,(DC~20 kb/s ),ASK 调制通过开/关 

内部的功率放大器完成, 

                       FM 调制利用外接的变容二极管。电源电压为2。1~5。5V,电流为4。8~ 

11。5mA,提供低功耗模式,可为微控制器提供分频的时钟输出,输出功率为…12~+2 dBm, 

符合 EN 300 220 及类似标准。可用于无钥匙进入系统、遥控遥测系统、数据通信系统和安防 

系统等。  



  


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·32 ·                                  射频集成电路芯片原理与应用电路设计  



     1。5。2    主要性能指标  



     TH7107 主要性能指标如表 1。5。1 所示。  



                                      表1。5。1    TH7107 主要性能指标  



      参        数            最    小    值            典    型    值           最    大    值            单        位  



      电源电压                      2。2                                          5。5                   V  



      工作温度                     …40                                           +85                   ℃  



     XOSC 频率                    9。7                                         13。75                 MHz  



      VCO 频率                   310                                           440                  MHz  



      时钟频率                      2。4                                          3。4                  MHz  



      待机电流                                            0。05                   0。1                   uA  



      工作电流                      6                      9                     12                   mA  



     输入高电平                    0。7 V                                        V  +0。3                  V  

                                  CC                                        CC 



     输入低电平                     …0。3                                         0。3 V                  V  

                                                                               CC 



      FSK 频偏                    ±5                    ±30                   ±100                   kHz  



    FSK 数据速率                                          20                                          kb/s  



       FM 频偏                                          ±6                                          kHz  



    ASK 数据速率                                          40                                          kb/s  



      VCO 增益                                          200                                        MHz/V  



      启动时间                                            1。2                                          ms  



     1。5。3    芯片封装及引脚功能  



     TH7107 采用 FC         (QSOP16 )封装,如图 1。5。1 所示。各引脚功能分别介绍如下。  



                                                                         



                                     图 1。5。1    TH7107 的引脚封装形式  



     引脚 1:LF1 ,充电泵输出,连接到回路滤波器。  

     引脚 2 :SUB,地。  

     引脚 3 :DATA ,FSK 数据输入。  

     引脚 4 :RO2 ,晶体振荡器电路FSK 引入端。  

     引脚 5:RO1 ,晶体振荡器电路连接到晶体振荡器。  

     引脚 6 :ENTX ,模式控制输入。  

     引脚 7 :ENCK ,模式控制输入。  



  


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                       第1 章    射频发射器芯片原理与应用电路设计                            ·33 · 



    引脚 8:CKOUT,时钟输出。  

    引脚 9 :PS ,电源选择和ASK 输入。  

    引脚 10:VCC ,电源。  

    引脚 11:VEE ,地。  

    引脚 12:OUT2,差分功率放大器输出,集电极开路。  

    引脚 13:OUT1,差分功率放大器输出,集电极开路。  

    引脚 14:VEE ,地。  

    引脚 15:VCC ,电源。  

    引脚 16:LF2 ,压控振荡器调谐输入,连接到回路滤波器。  



    1。5。4    内部结构与工作原理  



    TH7108  内部结构框图如图 1。5。2 所示。芯片内包含发射功率放大器(PA )、晶体振荡 

器(XOSC )、压控振荡器(VCO )、相频检波器(PFD )、分频器(÷32 )、充电泵(CP )、 

电源电路(PS )、FSK 开关(SW )等电路。锁相环(PLL )合成器由压控振荡器(VCO )、 

分频器、相频检波器、充电泵和回路滤波器(LF )组成,在LF 端外接的回路滤波器决定 

PLL  的动态性能。VCO  的振荡器信号被馈送到分频器和功率放大器,分频器的分频比是 

32 。晶体振荡器(XOSC )作为 PLL 合成器的基准振荡器。射频发射功率 Po 从…12~+2 dBm 

分 6 档,可以通过改变电阻 R            或者改变在 PS 引脚端的电压 V            调节。集电极开路的差动 

                          ps                            ps 



输出(OUT1 ,OUT2 )能被用来直接驱动环形天线或者通过平衡和不平衡变换器转换为 

单端输出。发射器的载波频率f c 是由晶体振荡器的基准频率f ref  决定的,集成的 PLL 合成 

器利用f ref = f c/N (N=32 ,分频器系数) ,保证在 310 MHz~440 MHz  的频率范围内的每一 

个射频频点能够实现。  



                                                                                



                           图 1。5。2    TH7107 的内部结构框图  



  


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 ·34 ·                              射频集成电路芯片原理与应用电路设计  



     晶体振荡器作为PLL 的基准振荡器。FSK 调制通过拉动晶振的频率完成。FSK 调制时, 

数据流加到 DATA 端,在数据=  “LOW ”(低电平)时,外接的电容器CX2 被芯片内开关连 

接到与 CX1  并联,晶体振荡器的频率被设置到振荡频率的低端f min ;在数据=  “HIGH ”(高 

电平)时,外接的电容器 CX2 被芯片内开关断开与 CX1  的并联,晶体振荡器的频率被设置 

到振荡频率的高端f max   ,实现 FSK 调制。两个外接的电容器 CX1 和 CX2 允许独立的调节 FSK 

的频偏和中心频率。FM                调制需要一个外接的变容二极管,作为一个电容被串接到晶体振荡 

器回路中,模拟信号通过一个串联电阻直接调制晶体振荡器。ASK 调制时,数据信号直接加 

PS 端,利用数据信号控制功率放大器(PA )“导通”和“关断”,完成ASK 调制。  

     功率放大器(PA )的输出功率可以通过改变PS 端的外接电阻 RPS  的数值或改变在PS 端 

的电压 V       完成。集电极开路的差分输出(OUT1;OUT2 )能直接驱动一个环形天线,或者通 

          PS 



过一个平衡到不平衡的变换器转换为单端输出。  

     TH7108 模式控制逻辑如表 1。5。2 所示,模式控制允许芯片工作在四个不同的模式。模式 

控制端 ENCK 和 ENTX 在芯片内部被下拉,以保证模式控制端 ENCK 和 ENTX 在浮置时, 

电路被关断。 

                 

     时钟输出端(CKOUT )的输出时钟信号可用来驱动微控制器,其频率是基准振荡频率的 1/8。  



                                    表1。5。2    TH7107 控制模式  



             ENCK     ENTX          模式                          电路状态  



               0        0     低功耗模式             待机状态  



               0        1     仅有发射              仅有发射功能,时钟不可用  



                1       0     仅有时钟              发射在待机状态,仅有时钟可用  



                1       1     所有电路导通            发射和时钟可用,工作状态  



     1。5。5    应用电路设计  



     TH7107 使用 PCB 天线的应用电路如图 1。5。3 所示,其印制板元器件布局见图 1。5。4 所示,元 

器件参数值如表 1。5。3 所示。使用 50 Ohm天线的应用电路如图 1。5。5 所示,元器件参数如表 1。5。4 所示。  



                                  表1。5。3    应用电路元器件参数表  



       符        号          尺        寸        315 MHz 数值          433。6 MHz 数值         误        差  



         CF1               0805                 12 nF                10 nF             ±10%  



         CF2               0805                 15 pF                12 pF             ±10%  



       CX1_FSK             0603                 39 pF                39 pF              ±5%  



       CX1_ASK             0603                 68 pF                68 pF              ±5%  



        CX2                0603                  1 nF                1 nF              ±10%  



        CX3                0603                  1 nF                1 nF               ±2%  



         C1                1206                 3。9 pF              3。9 pF              ±2%  



         C2                0805                 3。9 pF              2。2 pF             ±10%  



         C3                0603                 330 pF              330 pF             ±10%  



         C4                0603                 330 pF              330 pF             ±20%  



         C5                1206                 220 pF              220 nF             ±10%  



         L1                0603                 220 pF              220 nH             ±10%  



  


…………………………………………………………Page 706……………………………………………………………

                               第1 章    射频发射器芯片原理与应用电路设计                                                                   ·35 · 



                                                                                                                          续表  



符        号                   尺        寸                315 MHz 数值                  433。6 MHz 数值                   误        差  



    L2                          0603                        2。0 kOhm                      2。0 kOhm                      ±10%  



   RF1                          0805                        4。3 kOhm                      4。3 kOhm                      ±10%  



   RF2                          0805                        56 kOhm                        56 kOhm                      ±10%  



   RPS                          0805                       470 kOhm                       470 kOhm                      ±10%  



    R1                          0805                        30 kOhm                        30 kOhm                      ±10%  



    R2                          0805                         0 Ohm                          0 Ohm                       ±10%  



    R3                          0805                        4。7 kOhm                      4。7 kOhm                      ±10%  



   RX       
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