MICRF008是Micrel公司推出的QwikRatio系列超外差接收器的一員,工作在UHF頻段,支持鍵控通斷(OOK)調制,適用于各種低速率無線遙控領域。它是一款真正的單片“天線入,數據出”接收器,射頻和中頻等各種調節均在芯片內部完成,應用簡單,所需外圍元件極少,可大大降低無線系統成本和縮短產品研發周期。
MICRF008采用頻率掃描方式使接收器捕捉帶寬接近射頻載波頻率的3%,達到了傳統的超再生接收器的帶寬水平,因此它可以與廉價的LC型發射器共同使用。在這種模式下,參考晶振也可以用便宜的精度為0.5%的陶瓷振蕩器取代,數據解調濾波均在芯片內完成。MICRF008無需外置中頻濾波器,內置解調濾波器的帶寬可根據數據速率和碼型由外部設定。
1. MICRF008原理
MICRF008BM的基本結構由3部分組成:UHF下轉換、OOK解調、參考和控制。兩個電容和一個參考頻率器件(通常為陶瓷諧振器),連同電源去耦電容和天線匹配網絡是用MICRF008BM實現完整的UHF接收器所需要的。
所有外圍元件控制輸入端為SEL0,可將解調濾波器的帶寬設置為2.4kHz或4.8kHz,即根據解調信號的最小脈沖寬度將該腳電平設為高或低即可。
MICRF008是工作在掃頻模式下的超外差接收器,數據速率在非歸零碼(NRZ)時可達9.6kbps,在曼徹斯特編碼時可達4.8kbps。MICRF008BM的射頻中心頻率由一個全內置鎖相環/壓控振蕩器(PLL/VCO)的頻率合成器控制,頻率合成器的參考頻率由陶瓷諧振器提供。
在掃頻模式下,本振LO頻率以遠高于基帶數據信號的速率變化,有效的擴展了接收器的接收帶寬,實際的掃描帶寬約為射頻載波頻率的3%,這使得MICRF008BM非常適合與LC型或其他頻率不夠精確和穩定的發射器搭配使用。天線接收到的弱射頻(RF)信號首先經過射頻放大部分(RF Amp)進行放大,然后經過混頻器(Mixer)進行頻率下轉換,得到中頻(IF)信號,中頻信號經過放大濾波和再放大后,經檢波器檢波再由可編程低通濾波器(LPF)濾波,最后經檢波/濾波后的信號在限幅器與解調信號的直流值比較后由數據輸出端DO輸出。
2. 測試電路
測試電路是根據EVAL8 PCB設計的。光繪文件(Gerber)、BOM文件和完整的原理圖可到Micrel網站下載www.micrel.com。
EVAL8提供的是MICRF008BM的完整的評估手段,而不是最終的接收器的設計方案。需要最終的接收器設計方案或空白評估板,可與Micrel中國區代理力合科技有限公司聯絡。評估板采用FR4材料,雙層板,厚0.062英寸,強烈建議所有的射頻設計至少要采用雙層板,其中一面盡量為可靠地。
2. 應用信息
(1)輸入接口/天線
SMA接口J2用于接入射頻信號發生器的信號,信號功率應小于-20dBm。天線接點可以根據所需的頻率焊上一段相應長度的金屬線。
應該說明的是,1/4波長天線用于初步的測試尚可,但不能用于最終的產品設計,這是因為1/4波長天線只有在PCB上地位面尺寸與天線長度相當的狀態下才能最好的工作。小的地位面導致1/4波長單極天線很不穩定,任何物體靠近都會改變天線的阻抗。當天線不能直立或有物體接觸天線時,1/4波長天線會完全失去作用。半波長偶極天線和1/8波長單極天線比較適合于小地位面的方案。1/8波長天線尺寸近似為1/4波長天線的一半,非常適合小體積方案。它也不像1/4波長天線對“靠近效應”那么敏感,但1/8波長天線阻抗中含有電抗元素,進行阻抗匹配的時候應考慮在內。半波長偶極天線尺寸近似為1/4波長天線的一倍,也不需要大的地位面。
(2)匹配網絡
實用的匹配網絡有T型、π型或L型網絡等。使用匹配網絡的目的有兩個,主要目的是進行天線或信號發生器和天線引腳間的阻抗匹配,以減少兩部分電路之間的傳輸損耗。第二個目的是濾波,濾除影響接收器性能的干擾信號,如天線接收到的鄰頻干擾信號等。當選用阻抗接近50Ω的1/4波長天線或連接輸出阻抗為50Ω的射頻信號發生器時,可以采用T網絡進行阻抗匹配。適當地選用匹配元件,可將靈敏度提高接近9dB。
實現阻抗匹配的技術很多。一種常用的辦法的是運用Smith圓圖,這時您需要知道天線的阻抗和MICRF008天線引腳內部電路的阻抗。
(3)CTH電容選擇
要正確計算CTH的值,數據信號前必須有一個與數據格式類似的前同步信號,它們有相同的bit周期和占空比。如果數據沒有前導碼,則應選用較大的電容值例如1μF或2.2μF。
如果數據有前導碼,則CTH可以準確的計算得出,以保證接收器的穩定性和可靠性。如果數據格式有變化的速率,則CTH應按最小的速率計算并通過距離測試優化。
(4)CAGC電容選擇
CAGC的功能是用一個足夠大的電容來減小AGC控制電壓的紋波。建議的容值在1μF到10μF之間,可由死區、噪聲和射頻信號由強到弱的恢復時間決定。在需要快速充電的情況下,大電容C2另一端可接至VDD,這樣可將充電時間加快10倍,但缺點是AGC端的紋波噪聲會注入VDD線路。CAGC端的信號來自于電流積分,上升電流為15μA,衰減電流為1.5μA。
(5)參考振蕩器頻率
芯片內部Colpitts振蕩器要產生參考振蕩器頻率,需要在REFOSC端接上一個諧振元件,陶瓷諧振器或晶振均可。選擇陶瓷諧振器,是因為它價格較低而且MICRF008BM工作在掃頻模式下不必要晶振的那樣的精度。市面上陶瓷諧振器的精度一般在0.5%,對MICRF008BM來說已經足夠了。
(6)SEL0端:設置解碼器帶寬
SEL0用于設置解碼器的帶寬。當將SEL0接地時,解調器帶寬被置為最小值;當SEL0浮置(內部拉高)或接VDD,解調器帶寬被置為最大值。解調器帶寬是射頻載波頻率的函數。
為了決定選用什么樣的解調器帶寬,必須知道編碼器發射信號的絕對最小脈沖寬度。數據格式的不同(NRZ、Manchester、PWM等),數據碼型的脈沖寬度也不同。最小脈沖寬度是在編碼器發到發射器輸入端的信號中在信號為高電平時的最小脈沖寬度。
(7)噪聲抑制
噪聲抑制可以通過軟件或硬件來實現。一般首選軟件,因為用軟件實現噪聲抑制會更靈活、更可靠、成本更低,但需要花時間和資源去開發各種軟件。如果選用硬件實現噪聲抑制,可在CTH端接入電阻,如測試電路中R1和R2,兩者可選其一或全選。當選用一個電阻的時候,電阻值應根據噪聲抑制水平和當沒有射頻信號輸入時DO端是否要保持高或低電平來選擇,一般在10MΩ以內。當選用兩個電阻時,可以實現更精確控制的噪聲抑制。
使用電阻的缺點是會降低接收器的靈敏度、減小解調器帶寬,CTH計算式也不再成立,只能通過經驗確定。另一個用硬件實現噪聲抑制的辦法是令R1在10MΩ到6.8MΩ之間,在DO端和比較電路之后加一低通濾波器。低通濾波器可用一電容實現,如測試電路中C6。比較器的參考電壓可設定為接近VDD/2,輸入接到DO端。
(8)電源濾波
強烈建議在VDD端加去耦電容,測試電路中電容為0.1μF。在射頻電路設計時,應將射頻地和數字地分開,射頻VDD和其他電源線分開。
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