基于MICRF009的UHF接收器设计.doc
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1、基于MICRF009的UHF接收器设计MICRF009是Micrel半导体公司推出的一种单芯片SK/OOK(开关键控)射频接收器IC。该器件的性能主要在两个方面得到了提高,分别是灵敏度更高,达到了104dBm和关闭恢复速度更快(通常可达1ms)。与其它QwikRadio系列产品相似,MICRF009具有低功率工作和集成度高的特点。一、MICRF009特性MICRF009提供了固定模式(FIX)和扫描模式(SWP)两种工作模式。在FIX模式下,该器件可用作常规的超外差式接收器,而在SWP模式下,该器件则可利用专利性的扫描功能,对更宽范围内的射频频谱进行扫描。FIX模式的选择性和灵敏度性能更佳,而
2、SWP模式则使MICRF009能与低成本、精度较差的发射器协同工作。图1. MICRF009方框图MICRF009提供了所有後期探测(解调器)数据过滤功能,因而无需外部基带滤波器。用户可以在外部选择两种滤波器带宽之一,只需根据数据传输率和代码调制格式设定合适的滤波器即可。该IC器件的工作频率在300MHz到440MHz之间,数据传输率可高达2Kbps(固定模式,Manchester编码),天线射频重复辐射低。由图1看出,MICRF009主要由三部分组成UHF下转换器、OOK解调器,以及参考时钟及控制逻辑。另外还含有两个电容器(CTH, CAGC),以及一个时序元件,如石英晶振或陶瓷谐振器。除了
3、电源耦合电容和天线阻抗匹配网络外,它们是通过MICRF009组成一个完整UHF接收器所需要的唯一外部元件。为了获得最佳性能,MICRF009的应该与天线之间进行阻抗匹配,匹配网络只需额外增加两个或三个元件。二、设计步骤利用MICRF009设计一个完整的UHF接收器,需要遵循以下5个基本步骤选择操作模式(固定模式和扫描模式)、选择参考振荡器、选择解调滤波器的带宽、选择CTH电容器,以及CAGC电容器。1、第一步选择操作模式(1)固定模式在已经准确设置了发射频率的应用中,如使用了SAW或石英晶体类元件的发射器,MICRF009可以配置成标准的超外差(superheterodyne)接收器(固定频率
4、)。在固定模式中,由於RF带宽很窄,接收机几乎不受干扰信号的影响。将SWEN管脚与地连接,就成为固定模式。(2)扫描模式当与低成本的LC发射器连接时,MICRF009应该配置成扫描模式。在扫描模式下,电路拓扑依然是超外差,本机振荡器(LO)以大於数据率的频率扫过一个频段。该技术有效地提高了MICRF009的RF带宽,允许将器件应用於发射器和接收器之间存在明显频率失调。(misalignment)的环境,发射频率的变化可高达0.5%。扫描模式下,在标称发射频率附近可捕获大约1.5%频带。即使发射器的频漂高达0.5%,也不需要对接收机进行重新调节,也不会影响系统性能。LO扫描技术不会影响IF带宽,
5、因此相对固定模式,其噪声性能不会降低。无论工作於固定模式或者扫描模式,IF带宽为680kHz。由於LO扫描过程所带来的局限性影响,扫描模式下的数据率上限大约为1250Hz。在基於石英晶体的超外差接收机中,情况并非完全一直,它们只能在基於SAW或石英晶体的发射器中运行。扫描模式下,在安装过程中当较强的干扰信号出现在RF频段时,可能会出现频谱减少现象,这是因为该过程完整无缺地包括了扫描范围内的所有信号。在大多数应用中,MICRF009可用来取代super-regeneraTIve接收器。2、第二步选择参考振荡器MICRF009的所有时序和调谐操作均源於内部Colpitts参考振荡器,具体时序和调谐
6、通过REFOSC管脚进行控制,操作方式从以下三种方法中选择其一连接一个陶瓷谐振器连接一个石英晶体通过一个外部时序信号驱动该管脚所需的专用参考频率与两个因素有关,即系统发射频率,以及由SWEN管脚设定接收器的操作模式。(1)石英晶体或陶瓷谐振器的选择由於该IC已经包含了电容器,因此不要使用带有完整电容器的谐振器,另外也要特别注意确保选用低ESR石英晶体。如果IC运行於固定模式,建议选用晶体元件。假如工作於扫描模式,既可选择晶体元件,也可以选用陶瓷谐振器。使用石英晶体或陶瓷谐振器时,最小电压为300mVPP。如果采用外部信号,该信号应该为AC耦合型,且其工作电压应局限於0.1VPP至1.5VPP内
7、。表1.固定模式下,典型发射频率对应的推荐参考晶体振荡器频率表2.扫描模式下,典型发射频率对应的推荐参考晶体振荡器频率(2)选择参考振荡器频率fT(固定模式)对於任何超外差接收机,内部LO(本机振荡器)的频率fLO与引入的发射频率fTX之间的差值应该等於IF中心频率。对於给定的fTX,可以通过等式1算出fLOfLO=fTX0.86(fTX/315) (1)式中,频率fTX和fLO的单位为MHz。注意,对於任何一个给定的fTX,fLO有两个值,分别表示高端混频和低端混频。高端混频在相应频率上方产生了一个图像频率,低端混频在相应频率下方产生图像频率。选取两个可接受的fLO,使用等式2计算参考振荡器
8、频率fTfT= 2fLO/64.5(2)频率fT单位为MHz。MICRF009的REFOSC管脚连接一个频率为fT的石英晶体,其频率精确到小数点後四位已经足够。表1是MICRF009在固定模式工作时的一些常见发射频率的fT值。(3)选择REFOSC频率fT(扫描模式)在扫描模式下选择参考振荡器频率fT比在固定模式下要简单得多。同时,频率参考元件的精度要求也很灵活。在扫描模式,fT由等式3给出fT=2fTX/64.25(3)在扫描模式下,精度为两位小数点的频率元件已经足够。在某些情况下,如果发射频率特别不精确,就必须采用一个晶体元件。3、第三步选择CTH电容器为了达到逻辑电平数据限幅目的,需通过
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