高手注意 蓝牙收发芯片RF2968的原理及应用

2011-04-13 21:52:06来源: 单片机及嵌入式系统应用

1概述

  RF2968是为低成本的蓝牙应用而设计的单片收发集成电路,RF频率范围2400~2500MHz,RF信道79个,步1MHz,数据速率1MHz,频偏140~175kHz,输出功率4dBm,接收灵敏度-85dBm,电源电压3V,发射消耗电流59mA,接收电流消耗49mA,休眠模式电流消耗250μA。芯片提供给全功能的FSK收发功能,中频和解调部分不需要滤波器或鉴频器,具有镜像抑制前端、集成振荡器电路、可高度编程的合成等电路。自动校准的接收和发射IF电路能优化连接的性能,并消除为的变化。RF2968可应用在蓝牙GSM/GPRS/EDGE蜂窝电话、无绳电话、蓝牙无线局域网、电池供电的便携设备等系统中。

    

2引脚功能

  集成电路采用32脚的塑料LCC形式封装,各引脚功能如下:

  VCC1:给VCO(压控振荡器)倍频和LO(本机振荡器)放大器电路提供电压。

  VCC2:给RX(接收)混频器、TXPA(发射功率放大器)和LNA(低噪声放大器)偏置电路提供电压。

  TXOUT:发射机输出。当发射工作时,TXOUT输出阻抗是50Ω;当发射机不工作时,TXOUT为高阻态。因为这个引脚是直流偏置,所以需外接1个耦合电容。

  RXIN:接收机输入。当接收机工作时,

  RXIN输入阻抗是低阻态;接收机不工作时,RXIN为高阻态。芯片内用1个内部串联电感来调节输入阻抗。

  VCC3:给RX输入级(LNA)提供电压。

  VCC4:给TX混频器、LO放大器、LNA和RX混频器的偏置电路提供电压。

  LPO:低功耗模式的低频时钟输出。在休眠模式中,这个引脚能给基带提供一个3.2kHz或32kHz、占空比为50%的时钟。在其它工作方式没有输出。

  DVDDH:给RXIFVGA(接收中频电压增益放大器)电路提供电压。

  IREF:外部接1个精密电阻以产生恒定的基准电流。

  VCC5:给模拟中频电路提供电压。

  D1:这是为时钟恢复电路提供的电荷泵输出。外接1个RC网络到地以确定PLL的带宽。

  BPKTCTL:在发射模式时,这个脚作为启动PA级的选通脉冲;在接收模式时,基带控制器可以有选择地使用这个引脚来给同步字的检测发信号。

  BDATA1:输入信号到发射机/接收机的数据输出。输入的数据是速率为1MHz的没有被滤波的数据。这个引脚是双向的,根据发射和接收模式转换为数据输入或数据输出。

  RECCLK:恢复时钟输出。

  RECDATA:恢复数据输出。

  BXTLEN:功率控制电路的一部分,用来接通/关键芯片的“休眠”模式。在电路从“OFF”状态上电之后,当低功耗时钟不工作时,BRCLK被BXTLEN的状态控制(上电期间,BRCLK先写BXTLEN激活且被设为高电平,以进入空闲状态)。

  BPCLK:基准时钟输出。这是由晶振决定的基准时钟,频率范围为10~40MHz,典型值为13MHz。电路上电时,BRCLK在基带控制器将BXTLEN设为高电平之前激活。电路进入空闲状态后,当低功耗时钟不工作时,BRCLK由BXTLEN的状态控制。

  OSCO:与19脚相同。

  OSCI:OSC脚可通过负反馈的方式来产生基准时钟。在SOCI到OSCO之间连接1个并联的晶振和电阻,以提供反馈通道和确定谐振频率。每一个OSC脚都接1个旁路电容来提供合适的晶振负载。如果用1个外部的基准频率,那就要通过1个隔直电容来连接到OSCI,并且用1个470kΩ的电阻将OSCO和OSCI连接起来。

  BnDEN:锁存输入到串行端口的数据。数据在BnDEN的上升沿被锁存。

  BDDATA:串行数据通道。读/写数据通过这个引脚送入/输出到芯片上的移位寄存器。读取的数据在BDCLK的上升沿被传送,写数据在BDCLK的下降沿被传送。

  BDCLK:串行端口的输入时钟。这个引脚被用来将时钟信号输入到串行端口。要使得跳变频率的编程时间最短时,建议使用10~20MHz的BRCLK频率。

  BnPWR:芯片电源控制电路的一部分,用来控制芯片从“OFF”状态到电源接通状态。

  PLLGND:RF合成器、晶体振荡器和串行端口的接地端。

  VCC6:RF合成器、晶体振荡器和串行端口的电源端。

  DO:RFPLL的充电泵输出。外接1个RC网络到地以确定PLL带宽。要使得合成器的设置时间和相位噪声最小,可采用双重的环路带宽方案。在频率检测的开始时期,使用1个宽环路带宽。在检测频率结束时,用RSHUNT来转换到窄环路带宽,并提供改进的VCO相位噪声。带宽转换的时间由PLLDel位设置。

  RSHUNT:通过将2个外部串联电阻的中点分路到VREG,使环路滤波器从窄带转换到宽带。

  RESNTR-:用来给VCO提供直流电压以及调节VCO的中心频率。在RESNTR-和RESNTR+之间需2个电感来跟内部电容形成谐振。在设计印制板时,应该考虑从RESNTR脚到电感器的感抗。可以在RESNTR脚之间加1个小电容来确定VCO的频率范围。

  RESNTR+:见引脚28。

  VREG:电压调节输出(2.2V)。需1个旁路电容连接到地。通过与28脚和29脚相连的回路给VCO提供偏置。

  IFDGND:数字中频电路接地端。

  VCC7:数字中频电路电源电压。

3内部结构

  RF2968是专为蓝牙的应用而设计,工作在2.4GHz频段的收发机。符合蓝牙无线电规范1.1版本功率等级二(+4dBm)或等级三(0dBm)要求。对功率等级1(+20dBm)的应用,RF2968可以和功率放大器搭配使用,如RF2172。RF2968的内部框图如图1所示。芯片内包含有发射器、接收器、VCO、时钟、数据总线、芯片控制逻辑等电路。

  由于芯片内集成了中频滤波器,RF2968只需最少的外部器件,避免外部如中频SAW滤波器和对称一不对称变换器等器件。接收机输入和发射输出的高阻状态可省去外部接收机/发射机转换开关。RF2968和天线、RF带通滤波器、基带控制器连接,可以实现完整的蓝牙解决方案。除RF信号处理外,RF3968同样能完成数据调制的基带控制、直流补偿、数据和时钟恢复功能。

  RF2968发射机输出在内部匹配到50Ω,需要1个AC耦合电容。接收机的低噪声放大器输入在内部匹配50Ω阻抗到前端滤波器。接收机和发射机在TXOUT和RXIN间连接1个耦合电容,共用1个前端滤波器。此外,发射通道可以通过外部的放大器放大到+20dBm,接通RF2968的发射增益控制和接收信号强度指示,可使蓝牙工作在功率等级一。RSSI数据经串联端口输入,超过-20~80dBm的功率范围时提供1dB的分辨率。发射增益控制在4dB步阶内调制,可经串联端口设置。

  基带数据经BDATA1脚送到发射机。BDATA1脚是双向传输引脚,在发射模式作为输入端,接收模式作为输出端。RF2968实现基带数据的高斯滤波、FSK调制中频电流控制的晶体振荡器(ICO)和中频IF上变频到RF信道频率。

  片内压控振荡器(VCO)产生的频率为本振(LO)频率的一半,再通过倍频到精确的本振频率。在RESNTR+和RESNTR-间的2个外部回路电感设置VCO的调节范围,电压从片内调节器输给VCO,调节器通过1个滤波网络连接在2个回路电感的中间。由于蓝牙快速跳频的需要,环路滤波器(连接到DO和RSHUNT)特别重要,它们决定VCO的跳变和设置时间。所以,极力推荐使用电路图中提供的元件值。

  RF2968可以使用10MHz、11MHz、12MHz、13MHz或20MHz的基准时钟频率,并能支持这些频率的2倍基准时钟。时钟可由外部基准时钟通过隔直电容直接送到OSC1脚。如果没有外部基准时钟,可以用晶振和2个电容组成基准振荡电路。无论是外部或内部产生的基准频率,使用1个连接在OSC1和OSC2之间的电阻来提供合适的偏置。基准频率的频率公差须为20×10-6或更好,以保证最大允许的系统频率偏差保持在RF2968的解调带宽之内。LPO脚用3.2kHz或32kHz的低功率方式时钟给休眠模式下的基带设备提供低频时钟。考虑到最小的休眠模式功率消耗,并灵活选择基准时钟频率,可选用12MHz的基准时钟。

  接收机用低中频结构,使得外部元件最少。RF信号向下变频到1MHz,使中频滤波器可以植入到芯片中。解调数据在BDATA1脚输出,进一步的数据处理用基带PLL数据和时钟恢复电容完成。D1是基带PLL环路滤波器的连接脚。同步数据和时钟在REDATA和RECCLK脚输出。如果基带设备用RF2968做时钟恢复,D1环路滤波器可以略去不用。

4应用

  RF2968射频收发机作为蓝牙系统的物理层(PHY),支持在物理层和基带设备之间的BlueRF(蓝牙射频)接口。

  RF2968和基带间有2个接口。串行接口提供控制数据交换的通道,双向接口提供调制解调、定时和芯片功率控制信号的通道。基带控制器与RF2968接口如图2所示。

  控制数据通过DBUS串行接口协议的方式在RF2968和基带控制器之间交换。BDCLK、BDDATA和BnDEN都是符合串行接口的信号。基带控制器是主控设备,它启动所有到RF2968寄存器存取操作,RF2968数据寄存器可被编程,或者根据具体命令格式和地址被检索。数据包首先传送MSB。串行数据包的格式如表1所列。

  表1串行数据包格式

  域位数注释

  设备地址3[A7:A5]物理层为“101”

  读/写1[R/W]“1”为读,“0”为写

  寄存器地址5[A4:A0]32个寄存器的最大值

  数据16[D15:D0]RF2968在写模式编程,在读模式返回寄存器的内容

  “写”周期,基带控制器在BDCLK下降沿驱动数据包的每一位,RF2968在数据寄存器设为高状态后,在BDCLK第1个下降沿到来时被移位寄存器的内容更新,如图3所示。

  在读操作中,基带控制器发出设备地址、READ位(R/W=1)和寄存器地址给RF2968,再跟1个持续半个时钟周期的翻转位。这个翻转位允许RF2968在BDCLK的上升沿通过BDDATA驱动它的请求信号。数据位传输后,基带控制器驱动BnDEN为高电平,在第1个BDCLK脉冲的下降沿到来时重新控制BDDATA,如图4所示。

  寄存器地址域可寻址32个寄存器,RF2968仅提供3~7和30、31的寄存器地址。通过设置寄存器的数据可实现不同的功能。

  双向接口完成数据交换、定时和状态机控制。所有双向同步(定时)来自BRCLK,BRCLK由RF2968产生。RF2968使用BRCLK的下降沿。图5给出当数据从RF2968传给基带控制器时的通用定时。

  RF2968的芯片控制电路控制芯片内其它电路的掉电和复位状态,把设备设置为所需要的发射、接收或功率节省模式。芯片的控制输入经双向接口从基带控制器(BNPWR、BXTLEN、BPKTCTL、BDATA1)输入,也可从DBUS提供(RXEN、TXEN)输出端的寄存器输入。基带控制器和RF2968内的状态机维持在控制双向数据线方向的状态。基带控制器控制RF2968内的状态机,并保证数据争用不会在复位和正常工作期间发生。RF2968常用的状态有:

  OFF状态——所有电路掉电且复位,设置数据丢失。

  IDLE状态——待机模式。数据被读入到控制寄存器中,振荡器保持工作,所有其它电路掉电。

  SLEEP状态——芯片通常从IDLE模式进入这种模式。此时,所有电路掉电,但不复位,因此数据得以保留。电路同样可从其它模式进入SLEEP模式,但TXEN和RXEN状态不变,以便TX和RX电路保持导通。

  TXDATA状态——数据在这种模式发射(合成器稳定,数据信道同步)。

  RXDATA状态——接收的数据经BDATA1(不同步)和REDATA(和RECCLK同步)发送到基带电路。

  RF2968的一个典型的应用电路(GSM电话)如图6所示。

关键字:蓝牙  收发芯片  RF2968

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0413/article_5390.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
蓝牙
收发芯片
RF2968

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved