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电子电路大全(PDF格式)-第83部分

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                             图2。6。2    RF2919 的内部结构  



    RF2919 采用 15GHz 硅双极性工艺技术制造,是一个高性能的 PLL 单片 ASK/OOK 接收 

器。芯片内集成了低噪声放大器、混频器、2 级中频放大器、压控振荡器(VCO )、基准振荡 

器、RSSI 、解调器等电路。仅需要外接基准晶振、陶瓷滤波器和少数几个元件,即可构成工 

作在欧洲 433/868MHz ISM 频段和北美 915MHz ISM 频段的无线数据接收器。  

    低噪声放大器 LNA 的输入容易与前端滤波器或者天线匹配。接收器的本机振荡器(LO ) 

由芯片内部的VCO 、PLL 和鉴相器与外接的晶振、回路滤波器和 VCO 谐振元件产生。接收 

器的中频 IF 部分的接口是优化的,可与低价格的 10。7MHz 的陶瓷滤波器连接。允许带宽为 

25MHz  (…3dB )。  

    ASK/OOK 解调由在芯片内部的数据比较器完成。RSSI 的输出通过内部的两个 50kOhm   电 

阻提供给数据比较器的输入(DATA  IN+和 DATA  IN…)。两个输入中的任一个都可以作为数 

据输入,另一个输入用做基准输入端。数据输入端的并联电容可以提供对噪声和第 2 IF 谐波 

的滤波。滤波电容的数值可以由下式计算:  



  


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                     第2 章    射频接收器芯片原理与应用电路设计                     ·133 · 



                                     1 

                              C =           

                                  2πf  16。7kOhm 



式中,f  是带宽。  

    在基准输入端可以使用一个大的滤波电容,为数据比较器提供稳定的基准。  

    DATA OUT 仅能驱动一个高的阻抗和小的电容,电容将影响 DATA OUT 的带宽。对于一 

个 3pF 的负载,带宽为 500kHz 。  

    RSSI 的上升和下降时间受IF 滤波器的带宽限制,因此限制数据传输速率。RSSI 的输出 

信号是由电流源提供的需要一个电阻将它转换为电压。例如一个 24kOhm  的电阻,RSSI 的变化 

范围 0。4V~1。5V  (3。6V 电源)。  

    RX  IN 端是被 DC 偏置,需要一个隔直电容。如果 RF 滤波器是有隔直特性如陶瓷滤波 

器,则隔直电容可以不需要。当在低功耗模式,RX IN 端阻抗增加。因此,在半双工应用中, 

RF2919 的RF 滤波器要与发射器的滤波器特性匹配。  

    VCO 是一个很灵敏的部分,RF 信号反馈到 VCO ,PLL 跟踪锁相。外接的电阻和可变电 

容二极管的布局是很重要的。外接的电容和可变电容二极管将以尽可能短的连接到 RF2919 

的连接端。分布电感和引线电感会使电感的数值减少。在设计中可以使用印制电感。为得到 

最好的效果。印制板的布局尽可能的对称。当使用的回路带宽低于 5kHz  时,较好的滤波器 

响应将减少VCO 的相位噪声,滤波器可以使用一个 100 Ohm~200Ohm和 1uF  电容组成。  

    在低噪声放大器 LNA  和混频器之间接口,需要连接一个耦合电容,和一个偏置电感, 

电感的值可能被引线电感所改变。LNA  的输出阻抗是几 kOhm,匹配到 50Ohm是困难的。如果使 

用镜像滤波器,推荐使用高阻抗滤波器。对于有高增益的 IF 放大器级的电路混频器的输入可 

以不需要好的连接匹配。事实上,在低噪声放大器LNA 和混频器之间的匹配不影响灵敏度, 

但影响系统的 IIP3 和 IF 的不稳定性。  



                                …6  …1 

    陶瓷鉴频器的温度系数要求+50 ×10          (℃) 。FM  OUT 端的 DC  电平反馈到在基准晶体 

振荡器连接的变容二极管上,用于自动频率控制回路。在 DEMOD IN 端有一个 DC 偏置,必 

须要隔直。  

    RF2919 芯片上有一个 PLL 回路。VCO 的输出被分频器分频后,与基准振荡器频率进行 

比较。鉴相器的输出对应被调制脉冲的宽度,用一个积分脉冲序列的回路滤波器,产生VCO 

的控制电压去锁定相位。PLL 的锁定时间与回路瞬时响应时间、鉴相器输出电流设置的回转 

率、回路滤波器的电容有关。  

    一个较好的 RF2919 的PLL 的锁定时间如下:  

                                 D 

                           t   =  +35 000CdV   

                            Lock 

                                F 

                                  C 



式中,D  是回路阻尼系数,FC 是回路截止频率,C 是回路的所有的电容,dV  是在瞬时频率 

变化所需要的控制电压。D=2 时,回路相差 30 °~40 °,D=1 时,回路相差 50 °~60 °。需 

要锁定时间短,电容要小。  



    2。6。5    应用电路设计  



    DK1000R 的典型应用电路如图2。6。3 所示,印制板图如图 2。6。4 所示。  



  


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



                                                                                                                                                                                         



                                                                                                 



  


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第2 章    射频接收器芯片原理与应用电路设计                                                                          ·135 · 



                                                                      

                       (a )元器件布局图  



                                                                    

                     (b )印制板元器件面  



                                                                

                       (c )印制板底板面  



   尺寸:2。287〃 ×2。361〃 ,板厚 0。062〃,材料FR…4 。  



      图2。6。4    DK1000R 印制板和元器件图  



  


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



2。7    300MHz~450MHz ASK 接收器芯片U3745BM 的 

                               原理与应用电路设计  



     2。7。1    概述  



     U3745BM  是一个单片 PLL 接收机器件,采用 SO20 封装。它是为满足低数据率、低成 

本 RF 数据传输系统的要求而开发出来的。其数据率为 1~10 kBaud。编码方式为曼切斯特或 

双相位方式。可用于接收频率范围为 300MHz~450MHz                                 (433。92MHz  和 315MHz )的 ASK 

数据传输。高灵敏度(尤其在低数据率时),全集成 VCO ,可实现低功耗功能。电源电压4。5V~ 

5。5V 。单端RF 输出容易与λ/4 天线或 PCB 板的印制天线相适配。U3745BM 除天线适配电路 

外,只需很少外围电路,PCB 板上没有其他 RF 元件。符合美军标 MIL…STD883 的ESD 保护 

规范(4kV HBM ),但POUT 引脚除外(2kV HBM )。由于采用 1MHz 中频(IF )与前端 SAW 

滤波器相配合实现了高镜像抑制,如使用新型 SAW 器件,可达到 40  dB 抑制。可选用两种 

不同的 IF 带宽(300kHz 和 600kHz )。能用简单的双向数据线实现与微控制器uC 的通信,利 

用单独引脚经微控制器uC 可以实现电源管理。工作温度范围  …40 ℃~+105 ℃。适合与 PLL RF 

发射机 U2745B 配合使用,可在遥测、保安技术和无键输入系统等领域应用。  



     2。7。2    主要性能指标  



     U3745BM 的主要性能指标如2。7。1 所示。  



                                 表2。7。1    U3745BM 的主要性能指标  



                参数                       最小               典型                 最大             单位  



  工作频率                                   300                                 450            MHz  



  调制类型                                                            ASK  



  数据速率                                    1                                  10             kbaud  



  ASK 方式灵敏度                              …106             …110              …113。5          dBm  



  XTO 工作频率                                              6。764 375                           MHz    



                                                         4。90 625                           MHz  



                    f XTO = 6。764 MHz                      150                               Ohm  

  晶振串联谐振电阻  

                    4。906 MHz                              220                               Ohm  



  XTO 引脚端的静态电容                                                               6。5             PF  



  ASK 输入高电平                             0。8 ×V                                                  

                                             S 



                    高电平                 0。8 ×V                                                  

                                             S 

  数字控制信号  

                    低电平                                                    0。2 ×V               

                                                                                 S 



  睡眠模式电流                                                   190               350             uA  



  工作电流                                                     7。0               8。6            mA  



  电源电压                                    4。5               5                5。5             V  



  工作温度                                   …40                                 +85             ℃  



  


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                          第2 章    射频接收器芯片原理与应用电路设计                                            ·137 · 



2。7。3    芯片封装与引脚功能  



U3745BM 采用 SO20 封装,如图 2。7。1 所示。各引脚功能如表 2。7。2 所示。  



                                                                     



                               图2。7。1    U3745BM 的引脚封装形式  



                                  表2。7。2    U3745BM 引脚功能  



 管      脚              符      号                                    功        能  



    1                    NC             空脚  



    2                   ASK             ASK 高电平  



    3                  CDEM             低频数据滤波器  



    4                   AVCC            模拟电源输入  



    5                  AGND             模拟地  



    6                  DGND             数字地  



    7                 MIXVCC            混频器电源  



    8                 LNAGND            LNA 和混频器地  



    9                  LNA…IN           射频输入  



   10                    NC             空脚  



   11                  LFVCC             VCO 电源  



   12                    LF              回路滤波器  



   13                  LFGND             VCO 地  



   14                   XTO              晶体振荡器  



   15                   DVCC            数字电源  



   16                   MODE             433。92MHz/315MHz 选择。L :4。90625MHz    (USA );  



                                        H :6。76438MHz  (Europe )  



   17                   POUT            可编程输出口  



   18                   TEST            测试脚,工作时接地  



   19                  ENABLE           查询模式使能,L :查询模式关断(睡眠模式);  



                                        H :查询模式导通(激活模式)  



   20                   DATA            数据输出/结构设置输入  



2。7。4     内部结构与工作原理  



U3745BM 的内部结构如图2。7。2 所示。  



  


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



                                                                                



                                   图2。7。2    U3745BM 的内部结构  



     U3745BM 的RF 前端是一个超外差结构,将射频输入信号变换成 1MHz IF 信号。RF 前 

端由  LNA (低噪声效大器),LO (本地振荡器)、混频器和 RF 放大器组成。LO 是由一个 PLL 

合成器产生的载波频率,供混频器使用。XTO                             (晶体振荡器)产生参考频率f XTO 。VCO                     (压 

控振荡器)为混频器产生驱动电压频率f LO 。f LO 是由 LF 脚的电压决定的。f LO 经 64 次分频后 

在鉴频鉴相器中与 f                相比较,输出电流连接到一个无源环路滤波器得到控制电压 V                                         送 

                      XTO                                                                   LF 



VCO 。如果f LO 是确定的,则f XTO 可用下式求出:  



                                           f XTO=f LO/64  

     XTO 是一个单引脚振荡器,工作在石英晶体的串联谐振频率上。晶体应经电容 CL 接地, 

如图 2。7。3 所示。这个电容的大小采用由晶体供应商提供的建议值。CL  的值应按不同的 PCB 

板进行优化,以获得 f XTO  的精确值。从而也得到f LO 精确值。在设计系统的接收带宽时,必 

须要考虑石英晶体的精确度。  



                                                               



                                      图2。7。3    PLL 外接电路  



     接在 LF 脚上的无源环路滤波器的设计带宽 BLOOP 为 100kHz 时,LO 的噪声特性最好, 

图2。7。3 给出了相应的环路滤波器元件值。如果要改变滤波器元件的值,一定要注意 LF 脚的 



  


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                             第2 章    射频接收器芯片原理与应用电路设计                                        ·139 · 



最大容性负载是有限制的。如果容性负载超过限定值,位检测无效,原因是在位检测对进来 

的数据串开始检测前f LO 不能建立起来,在这种情况下,自查询也同样无法工作。  

     f LO  由RF 输入频率f RF 和 IF 中频频率f IF 决定,f LO=f RF f IF 。  

     为确定f LO 必须考虑 IF 滤波器的结构。通常 IF 频率是 1MHz,为达到较高精度的滤波器 

中心频率,滤波器受晶体频率f XTO 调谐。在f IF 和f LO 之间有一固定的关系,这一关系由 MODE 

脚上的逻辑电平决定,可由下式表示:  

                                  f LO 

                            f IF =                      MODE=0     (美国)  

                                  314 

                                   f LO 

                            f IF =                      MODE=1     (欧洲)  

                                 432。92 

     为了得到f IF = 1MHz 的标称中频频率,对于f RF = 315MHz 的应用情况,MODE 引脚端必 

须设置为“0 ”;在f RF = 433。92MHz 情况,MODE 必须设置为“1”。对其他的RF 频率f RF ,f IF 

不等于 1MHz。因此f LO 取决于  MODE 脚的逻辑电平和f RF 。表2。7。3 归纳了这些不同的情况。  



                                    表2。7。3    LO 和IF 频率的计算  



                     条件                            本地振荡频率                        中频频率  



      f RF = 315 MHz; MODE = 0 'A        f LO=314MHz 'A'A'A'A'A'A'A'A'A'A            f IF=1MHz  



      f RF = 433。92 MHz; MODE = 1       f LO = 432。92 MHz                 f IF=1MHz  



       300 MHz 《 f RF 《 365 MHz; MODE = 0    f LO = f RF /(1+(1/314))     f IF= f RF /314  



       365MHz 《 f RF 《 450MHz; MODE = 1  f LO = f RF /(1+(1/432。92))      f IF= f RF /432。92  



  



     RF 信号经 RF 输入脚 LNA…IN 输入。这个引脚的输入阻抗在 315MHz 时为 1。3kOhm//1。0pF , 

在 433。92MHz 时为 1。0kOhm//1。56pF 。印制板的分布电感电容也影响输入端的匹配。U3741 BM 

当 LNA  在高信噪比时灵敏度最高。因此在设计输入网络时应首选噪声匹配,适当调整元件 

值以达最高的灵敏度。如果在输入网络中使用一个 SAW 器件,则能达到ΔPRef = 40dB 的镜 

像抑制。同时还希望 SAW 器件在Δf =2MHz 处有陷波特性。使用 SAW 器件,接收机的选择 

性也得到改善。  

     图2。7。4 所示为一典型的使用一个  SAW  的输入匹配网络。图2。7。5 是按 50Ohm输入匹配没 

有 SAW 的情况。图2。7。5 所示的输入匹配网络是针对电特性中给出的参数设计的参考网络。  



                                                                                                    



                                 图2。7。4    使用 SAW 的输入匹配网络  



  


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



                                                                          



                  图2。7。5    按 50Ohm  输入匹配,没使用 SAW 的输入匹配网络  



    请注意:对所有的耦
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