低成本UHF/VHF发射器

2006-05-07 15:50:13来源: 电子产品世界

    RF2512和RF2513是两款低成本单片频率合成器发射器电路,它们提供了商用无线产品在实现低功率FM/FSK或AM/ASK发射或本振所必需的功能。这些器件能用于美国955MHz ISM频段和欧洲的433MH2或868MH2ISM频段。典型应用包括无线保安系统、无线读表和无线数据链路。

    该两款器件从2.2到5V电压下工作。RFMD公司在所有的设计中都采用优化技术和匹配方法,因而对这两款器件均选择了15GHz双极工艺技术。该工艺的特点是:在小于3V和0.5mA的直流电流工作点时具有15GHz的fT。RF2512和RF2513之间的唯一差别是:RF2512具有片上调谐可变电容。RF2513是一款更具有价格效能的集成方案,但它比RF2512具有较低的输出功率、较小的调谐范围和较高的相位噪声。

工作特征

    RF2512和RF2513可用作FM/FSK或AM/ASK发射器或本振。内部集成的VCO、双模/双分频预置器和参考振荡器使得它只需一只外部晶振就能构成全部的集成锁相环(PLL)系统。RF2512的功能框图如图1所示。器件还有第2参考振荡器,因而可支持双通道应用。在休眠模式下,该器件耗电小于1μA。PLL使能引脚给VCO和PLL供电,而TX使能引脚给发射级电路供电。电平调节控制允许发射输出功率超过15dB的变化范围。发射器的直流电流随着发射功率的减小而减小,如果要禁止发射功率输出,则电平调节引脚的电平必须设置为低。双模/双分频预置器提供了64/65或128/129的分频率,从而在参考频率的选取上给予相当的灵活性。

PLL功能

    PLL部分的方框图如图2所示。RF2523的VCO是根据平衡结构来设计的,它利用了一对三极管的基极、集电极之间的交叉耦合作用。一对外部电感器和一只超突变变容二极管组成了RF2512的谐振回路。RF2513使用片内可变电容,该电路是双极三极管的基极-集电极结电容。之所以选择基极-集电极结是因为它比基极发射极结具有较高的击穿电压,虽然基极-发射极结电容有较大的电容量。
ISM频段频率的VCO调谐范围如表1所示。表中所示片上可变电容使调谐范围的减少是明显的。采用平衡结构取代单端结构的设计是因为平衡结构给分频预置器电路部分提供差分驱动,同时又能对不需要的调制信号有较好的抑制。电路设计上必须有一个DC通道连到VCO谐振器的Vcc端。

表1 VCD调谐范围(Cvv=3.6V)

Frequency(MHz) VCO Sensitivity(MHz/volt)
RF2512 RF2513
915 45 23
868 44 23
433 27 10

    双模/双分频预置器的工作是用一只主/从触发器的分频结构来实现的。一只使用D触发器的电流型相位/频率检测器和电荷泵给可变电容器提供控制信号。通常用一只二阶或三阶的无源环路滤波器来设置环路参数。

晶体振荡器

    参考晶振是一种基本模式的共射极考尔匹斯并联谐振电路设计。晶体用一只32pF的电容负载来校准。片上放大器是一个射极跟随器,提供放大倍数为1的电压放大。可采用调整外部反馈电容的值来对不同的频率进行性能优化。这些电容提供大部分的相移环路增益。该振荡晶体也可用外部参考频率源来取代,但必须是AC耦合而驱动电平应该至少是200mV峰-峰值的信号。

调制及PLL特性

   
对于使用FSK或ASK数字调制、数据传输率高达1Mb/s或FM/AM线性调制的无线应用。RF2512和RF2513都能支持。FM/FSK调制是用片上的调制可变电容直接施给VCO的。在RF2513上这些二极管是以调谐可变电容的同样方式构成的。主要差别在于使用了更小型器件的基极-集电极结结电容,因为所需的调谐电容量减少了。TX使能引脚和电平调节控制可用于实现AM调制。

    当需要ASK操作时,可把电平调节控制和TX使能结合在一起来提供on-off的键控功能。频率偏移正比于调制信号的幅度。图3所示的是一个不带直流偏置的40kHz信号的典型频偏-输入调制电平的关系图。

    直接调制是一种实施FM/FSK调制的简单方法,但是必须注意调制率要大于PLL带宽,否则PLL会跟踪锁定该调制。另一个会引起这些差错的情形是:当调制数据是一长串的1或0的时候。最小调制频率应该总是大于PLL带宽,同时建议采用曼切斯特编码以避免调制跟踪问题。

    在915MHz应用原理图中,外接的二阶无源滤波器采用了电容、电阻滤波器,这是一个用无源滤波器设置PLL带宽的典型例子,见图4。串联电容,电阻设置环路参数,同时单个电容帮助仰制参考边带。可以用经典的锁相环路分析方法来决定某个特定环路带宽的环路元件值。环路带宽和锁定时间的关系图,如图5所示。

    从图可见:如果低频率(如音频)调制使用直接调制,则在某些特定应用中锁相环锁定时间可能会变得非常大。这个问题的一种解决方法是通过调制参考晶振来进行环外调制。图6所示的是一个具有典型元件值的简单实现电路。因而可以施加低频率调制而不必限制在一个很小的环路带宽内。
RF2512或RF2513的开启时间受锁相环锁定时间的影响。但主要因素是参考振荡器的启动时间。选择合适的晶体和预分频器的参数有助于减少开启时间。启动时间反比于晶振的参考频率。这就意味着:如果启动时间是一个关键参数,则应在分频预置器中尽可能使用最低的分频比率因为这样就可使用最高的可用晶振参考频率。参考振荡器的信号幅度是另一个能影响启动时间的因素。在锁定发生以前,片上的相位/频率检测器需要一个确定的参考信号幅度。通过改变晶体振荡器上的反馈电容以增加参考信号的摆幅。从而减少启动时间也是可能的。但是,如果这样做,必须考虑晶体的最大驱动电平。在这两款器件中可以实现大约1ms的启动时间。

发射器输出特性

    图7和图8相应地显示了在915MHz工作频率上,RF2512和RF2513的发射器输出电平和消耗电流与电平控制电压之间的曲线关系。典型情况下,RF2513比RF2512低3~5dB。RF2512最大输出电平大约+8dBm而RF2513大约+2dBm。2次和3次谐波电平典型值是23dBc,因此,评估板上的发射输出端装有一个低通滤波器。

    该款器件在较低频率使用时可获得更高的输出电平,例如工作在433MHz频率上。在10kHz频率偏移和10kHz环路带宽时,RF2512的相位噪声是-80dBc/Hz,RF2513是-75dBc/Hz。

关键字:低成本  成本  发射  发射器

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