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第129部分

电子电路大全(PDF格式)-第129部分

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       R11               150kOhm               C16                100nF                L1                39nH  



       R12               1。5kOhm               C17                470pF                L2                15nH  



       R13               270kOhm               C18                100nF                L3                39nH  



       R14               1。5kOhm               C19                470pF                L4                39nH  



       R15               3。6kOhm               C20              3pF~10pF               L5                100nH  



        C1                1nF                C21                8。2pF                D1           MA4ST…350…1141  



        C2               100pF               C22                 22pF                D2                BAR63  



        C4               100pF               C23                 1nF                 D3                BAR63  



        C5               100pF               C24                 1nF                晶体                 10MHz  



        

      VCO 和PLL 部分:频率合成器包含一个VCO 、晶体振荡器、双模计数器、分频器、相 

位检波器电路、充电泵、锁定检测电路和一个外部回路滤波器。双模预置比例分频器把VCO 

频率分为32/33 。这个模式被A 分频器控制,有M 、N 两种设置。在发射模式时,FSK 能够 

通过开关在这两种设置之间选择。相位检波器是一个最小相位噪声的频率/相位检波器。  

      压控振荡器(VCO )的电路原理图和外围元件如图3。1。4 所示。VCO 是一个基本的Colpitts 

振荡器,含有一个外部谐振器和一个可变电感,谐振器由一个电感L1 、电容C13 和C14,以 

及芯片内部电容和变容二极管的可变电容串联组成。变容二极管(D1 )的可变电容随着输入 

电压的增加而减少。VCO 频率将随着输入电压的增加而增加。VCO 呈正增加(MHz/V )。VCO 

频率随着电容C14  的改变而变化,如果电容C13  的值变得太小,VCO  的信号振幅将减少, 

从而导致输出功率的降低。VCO 的印制板布局设计是非常关键的,外围元件要尽可能靠近输 

入引脚(6 脚)。地线通孔应靠近元件焊盘。  



                                                                                                 



                                       图3。1。4    压控振荡器(VCO )电路  



  


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                       第3 章    射频收发器芯片原理与应用电路设计                          ·159 · 



    晶体振荡器的晶振是RF 输出频率的基准,就像接收器中的本机振荡(LO )频率一样。 

晶振是一个非常关键的部分,要求具有很好的相位和频率稳定性。晶体振荡器电路的原理图 

如图3。1。5 所示。  



                                                             



                              图3。1。5    晶体振荡器电路  



    晶体振荡器通过调节可变电容C20 改变谐振频率。RF 频率漂移与晶振的频率漂移一致, 



    …6                                         …6 

为10   级。调谐的射频频率与频率漂移两者差用f                   (10 )表示:  

                            f  (10…6 ) =ST  ×T +n ×t   



                                                    …6 

式中,ST 是振荡频率的总温度系数(晶体和元件)(单位:10                        ℃);T 是晶体谐振时的相对 



                                   …6 

室温的变化量;n 是老化系数(单位:10                /年);t 是收发器自上次调谐以来经过的时间。  

    当f  (Hz) =f  (10…6 ) ×f RF 比FSK 频偏大时,解调器将不能译码数据。要获得小的频偏, 



晶体要预老化且要有小的温度系数。电路中采用10MHz 晶振,其他频率的晶振也可以使用。  

    无源元件C101、C102 和R101 与内部的MOSFET 并联,对于FSK 调制是必需的,可以 

改变晶振的频率。如果发射逻辑1,MOSFET 截止,振荡器电路将振荡在高的频率(C101、 

C102 与C20~C22 串联)。发射逻辑0,MOSFET 导通,振荡器电路将振荡在低的频率(C101、 

C102 接地)。  

    晶体振荡器的启动时间是毫秒级。为了降低功耗,MICRF501  电路设计XCO  电路在其他 

电路模块开启之前启动。XCO 振幅达到足够的高度后去触发M 计数器,在M 计数器计数并 

输出两个脉冲后,其余的电路启动。在准备启动期间电路的电流消耗大约为300uA。  

    MICR501 芯片中有一个锁定检测部分以指示PLL 是否锁定,引脚端 15                         (LOCKDET ) 

呈逻辑高电平时表示PLL 锁定。  

    相位检测输出被转换成电压,经连接在 14 脚(LDC )的外接电容C23 滤波,产生的直 

流电压与位Ref0 Ref5 设置相比较的基准窗口。Ref0 Ref5=1 基准窗口在0V,Ref0 Ref5=0 

基准窗口的直流电压最大,基准窗口能在两者之间线性步进上升或下降。窗口的大小等效为 

2 个(Ref6=1 )基准台阶或4 个(Ref6=0 )基准台阶。  

    随着环境温度的变化,带来回路滤波器和可变电容器参数的微小变化,将影响通信锁 

定位置的改变。锁定检测电路需要通过软件定期校准以得到正确且锁定的位置设置,利用 

Ref0 Ref5 位的组合来实现。根据基准窗口的大小,有若干位将显示锁定状态。例如,一个 



  


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



大的基准窗口,差不多要5 位组合才能使锁定检测器显示锁定状态,如存在最大的干扰,第 

三设置位应被选择。  

   充电泵能被编程用两种电流(±125uA 和±500uA )工作于四种不同的状态。在控制字的 

70 位和71 位(cpmp1 和cpmp0 )实现编程控制。四种模式如下:  

   z cpmp1=0,cpmp0=0 电流为恒量  ±125uA ,应用于不重要的场合。  

   z cpmp1=0,cpmp0=1 电流为恒量  ±500uA ,应用于重要的场合。例如:内部调制器, 

     见“内部调制PLL 部分”。  

   z cpmp1=1,cpmp0=0 当PLL 未锁时电流为  ±500uA ;当PLL 锁定时电流为  ±125uA , 

     通过LOCKDET   (15 脚)控制,锁定时间减半。见“外PLL 调制”。  

   z cpmp1=1,cpmp0=1 与TX 一样,当使用双回路滤波器时,RX 的电流是  ±500uA 。见 

      “外调制PLL 双回路滤波器”部分。  

   VCO 和XCO 两个电路部分需要调谐。VCO 调谐:调节VCO 中的微调电容直到PLL 锁 

定且充电泵输出电压(回路滤波电压)在电源电压的中间点。  

   当使用VCO 调制时,VCO 的增益特性曲线是非线性的,并且曲线随着回路电压而变化, 

这意味着FSK 频偏也是随着回路电压而变化。  

   当使用内部调制时,只要VCO 提供足够大范围允许PLL 去处理过程参数和温度在未锁 

定时变化,VCO 调谐就可以省略。  

   XCO 调谐:可调整晶体振荡器电路中的微调电容,使振荡器频率调到需要的精确接收频 

率。调谐不可能调节覆盖很大的频率范围。为获得非常接近精确频率的RF 频率所对应的值, 

N 、M 和A 必须认真选择。  

   FSK 调制:电路分频器有A0 、N0 、M0 和A1 、N1 、M1 两组设置,分频器通过控制字 

编程控制。A0 、N0 、M0 编程接收频率和用于接收模式。实现FSK 调制有三种方法:  

   方法一,使用VCO 实现FSK 调制,对应的发射频率将被编程在分频器A1 、N1 和M1 

中,在TX 模式,DATAIXO 端保持在三态,直到开始发射数据。  

   方法二,FSK 调制通过开关在A 、N 和M 分频器两组之间实现,A 、N 和M 值对应到 

接收频率和两发射频率。发射数据“0 ”时将编程分频器A0 、N0  和 M0 ;发射数据“1”时 

将编程分频器A1 、N1 和M1 。  

   方法三,FSK 调制通过加/减 1 到分频器A1 ,频偏将与比较频率相等,发射频率的校准 

通过编程A1 、N1 和M1 实现。  

   所有类型的FSK 调制,数据都从引脚端DATAIXO 进入。  

   设计回路滤波器时,选用器件对优化参数是很重要的,如调制速率、PLL 锁定时间、带 

宽和相位噪声。低位率允许调制在PLL  内,回路将锁定在不同的频率上,这能通过开关分频 

器(M 、N 和A )实现。高调制率(超过2400b/s )靠PLL 外调制来实现。直接加到VCO 实 

现。回路滤波器的值能通过软件编程。  

   PLL  内部调制:快速的PLL 要求回路滤波器有一个高的带宽。选用二阶回路滤波器,不 

能使比较频率有足够的衰减。一般选用三阶回路滤波器。例如:  

   射频频率f RF 为434MHz ,比较频率f C 为 100kHz,回路带宽BW  为4。3kHz ,VCO 增益 

Ko 为28MHz/V ,相位比较器增益Kd 为500uA/rad ,相位极限j  为62°,抑制比A 为20dB 。回 

路滤波器电路如图3。1。6 所示,使用这个回路滤波器,内部调制速率可以一直到2400b/s,PLL 



  


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                       第3 章    射频收发器芯片原理与应用电路设计                          ·161 · 



锁定时间从省电模式到RX 需要约1ms 时间。  



                                                           



                              图3。1。6    三阶回路滤波器  



    PLL 外部调制:当调制被加到PLL 外部电路时,意味着PLL 将不能跟踪调制信号在回 

路中的变化,因此一个相对较低带宽的回路滤波器是必需的。要求的带宽取决于实际的调制 

率。因为回路带宽将比比较频率显著地低,二阶环滤波器通常能获得比较频率足够的衰减。 

通过二阶环滤波器也能获得需要的衰减。例如:  

    射频频率f RF 为434MHz ,比较频率f C 为140kHz,回路带宽BW 为1。03kHz,VCO 增益 

Ko 为28MHz/V ,相位比较器增益Kd 为125uA/rad ,相位极限j              为62°。回路滤波器电路如图 

3。1。7 所示。  



                                                          



                              图3。1。7    二阶回路滤波器  



    图3。1。7  回路滤波器在数据传输速率超过 19200 波特(包括曼彻斯特码)时使用,PLL 

锁定时间约为4ms 。  

    希望较快的PLL 锁定时间,充电泵可以制作成每单位相位差释放 500uA  的电流,芯片 

上NMOS 管漏极开路(引脚端10)接到两阻尼电阻(R10 ,R9 )到地,如图3。1。8 所示,一 

旦锁定在正确的频率上,PLL            自动返回到标准低噪声操作(充电泵电流:125uA/rad)。如果 

校准设置在控制字中反映出来(cpmp1=1,cpmp0=0 ),快速锁定特征是有效的,通过在回路 

中的参数来减少PLL 锁定时间。  

    如果FSK 调制加到VCO ,元件C17、C18、C19、R11 、R12 和R13  (见应用电路图)是 

必须的。当是一个电流输出时,数据在DATAIXO 脚输入,然后反馈到MOD 脚(11 脚)。当 

逻辑“1”输入在DATAIXO  引脚端和逻辑“0 ”进入漏极时,该引脚端为一个50uA  的电流 

源。电容C17 为滤波基带信号而设置,如是电容大,将获得一个慢上升沿的基带滤波信号; 

如果电容小,将获得高速上升沿信号,也能得到更宽广的频谱,电阻R11 和R12 决定频偏。 

如果C18 比C17 大则频偏将大,R13 较大用于消除回路滤波器的影响。在TX 模式,直到开 

始发送数据时,引脚端DATAIXO 必须保持三态。  

    PLL 外部调制需要一个相对调制率而言较低带宽的回路滤波器。这将导致一个相对长的 

回路锁定时间。在实际应用中,这种调制被加到VCO ,实现从节能模式到接收模式,需要在 

短的时间里启动双回路滤波器。  



  


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



                                                                   



                              图3。1。8    双回路滤波器  



    工作于发射模式回路滤波器由C15、C16、R9 和R10 组成。包括快锁特性。(快锁特性 

可控制NMOS ),这个滤波器是通过引脚端(QCHOUT )的内部NMOS  自动开关控制输入输 

出的。它被DFC (双滤波器控制)控制。位OutS2、OutS1、OutS0 必须设置为110。当QCHOUT 

使用开

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