MICRF008是Micrel公司推出的QwikRatio系列超外差接收器的一员,工作在UHF频段,支持键控通断(OOK)调制,适用于各种低速率无线遥控领域。它是一款真正的单片“天线入,数据出”接收器,射频和中频等各种调节均在芯片内部完成,应用简单,所需外围元件极少,可大大降低无线系统成本和缩短产品研发周期。
MICRF008采用频率扫描方式使接收器捕捉带宽接近射频载波频率的3%,达到了传统的超再生接收器的带宽水平,因此它可以与廉价的LC型发射器共同使用。在这种模式下,参考晶振也可以用便宜的精度为0.5%的陶瓷振荡器取代,数据解调滤波均在芯片内完成。MICRF008无需外置中频滤波器,内置解调滤波器的带宽可根据数据速率和码型由外部设定。
1. MICRF008原理
MICRF008BM的基本结构由3部分组成:UHF下转换、OOK解调、参考和控制。两个电容和一个参考频率器件(通常为陶瓷谐振器),连同电源去耦电容和天线匹配网络是用MICRF008BM实现完整的UHF接收器所需要的。
所有外围元件控制输入端为SEL0,可将解调滤波器的带宽设置为2.4kHz或4.8kHz,即根据解调信号的最小脉冲宽度将该脚电平设为高或低即可。
MICRF008是工作在扫频模式下的超外差接收器,数据速率在非归零码(NRZ)时可达9.6kbps,在曼彻斯特编码时可达4.8kbps。MICRF008BM的射频中心频率由一个全内置锁相环/压控振荡器(PLL/VCO)的频率合成器控制,频率合成器的参考频率由陶瓷谐振器提供。
在扫频模式下,本振LO频率以远高于基带数据信号的速率变化,有效的扩展了接收器的接收带宽,实际的扫描带宽约为射频载波频率的3%,这使得MICRF008BM非常适合与LC型或其他频率不够精确和稳定的发射器搭配使用。天线接收到的弱射频(RF)信号首先经过射频放大部分(RF Amp)进行放大,然后经过混频器(Mixer)进行频率下转换,得到中频(IF)信号,中频信号经过放大滤波和再放大后,经检波器检波再由可编程低通滤波器(LPF)滤波,最后经检波/滤波后的信号在限幅器与解调信号的直流值比较后由数据输出端DO输出。
2. 测试电路
测试电路是根据EVAL8 PCB设计的。光绘文件(Gerber)、BOM文件和完整的原理图可到Micrel网站下载www.micrel.com。
EVAL8提供的是MICRF008BM的完整的评估手段,而不是最终的接收器的设计方案。需要最终的接收器设计方案或空白评估板,可与Micrel中国区代理力合科技有限公司联络。评估板采用FR4材料,双层板,厚0.062英寸,强烈建议所有的射频设计至少要采用双层板,其中一面尽量为可靠地。
2. 应用信息
(1)输入接口/天线
SMA接口J2用于接入射频信号发生器的信号,信号功率应小于-20dBm。天线接点可以根据所需的频率焊上一段相应长度的金属线。
应该说明的是,1/4波长天线用于初步的测试尚可,但不能用于最终的产品设计,这是因为1/4波长天线只有在PCB上地位面尺寸与天线长度相当的状态下才能最好的工作。小的地位面导致1/4波长单极天线很不稳定,任何物体靠近都会改变天线的阻抗。当天线不能直立或有物体接触天线时,1/4波长天线会完全失去作用。半波长偶极天线和1/8波长单极天线比较适合于小地位面的方案。1/8波长天线尺寸近似为1/4波长天线的一半,非常适合小体积方案。它也不像1/4波长天线对“靠近效应”那么敏感,但1/8波长天线阻抗中含有电抗元素,进行阻抗匹配的时候应考虑在内。半波长偶极天线尺寸近似为1/4波长天线的一倍,也不需要大的地位面。
(2)匹配网络
实用的匹配网络有T型、π型或L型网络等。使用匹配网络的目的有两个,主要目的是进行天线或信号发生器和天线引脚间的阻抗匹配,以减少两部分电路之间的传输损耗。第二个目的是滤波,滤除影响接收器性能的干扰信号,如天线接收到的邻频干扰信号等。当选用阻抗接近50Ω的1/4波长天线或连接输出阻抗为50Ω的射频信号发生器时,可以采用T网络进行阻抗匹配。适当地选用匹配元件,可将灵敏度提高接近9dB。
实现阻抗匹配的技术很多。一种常用的办法的是运用Smith圆图,这时您需要知道天线的阻抗和MICRF008天线引脚内部电路的阻抗。
(3)CTH电容选择
要正确计算CTH的值,数据信号前必须有一个与数据格式类似的前同步信号,它们有相同的bit周期和占空比。如果数据没有前导码,则应选用较大的电容值例如1μF或2.2μF。
如果数据有前导码,则CTH可以准确的计算得出,以保证接收器的稳定性和可靠性。如果数据格式有变化的速率,则CTH应按最小的速率计算并通过距离测试优化。
(4)CAGC电容选择
CAGC的功能是用一个足够大的电容来减小AGC控制电压的纹波。建议的容值在1μF到10μF之间,可由死区、噪声和射频信号由强到弱的恢复时间决定。在需要快速充电的情况下,大电容C2另一端可接至VDD,这样可将充电时间加快10倍,但缺点是AGC端的纹波噪声会注入VDD线路。CAGC端的信号来自于电流积分,上升电流为15μA,衰减电流为1.5μA。
(5)参考振荡器频率
芯片内部Colpitts振荡器要产生参考振荡器频率,需要在REFOSC端接上一个谐振元件,陶瓷谐振器或晶振均可。选择陶瓷谐振器,是因为它价格较低而且MICRF008BM工作在扫频模式下不必要晶振的那样的精度。市面上陶瓷谐振器的精度一般在0.5%,对MICRF008BM来说已经足够了。
(6)SEL0端:设置解码器带宽
SEL0用于设置解码器的带宽。当将SEL0接地时,解调器带宽被置为最小值;当SEL0浮置(内部拉高)或接VDD,解调器带宽被置为最大值。解调器带宽是射频载波频率的函数。
为了决定选用什么样的解调器带宽,必须知道编码器发射信号的绝对最小脉冲宽度。数据格式的不同(NRZ、Manchester、PWM等),数据码型的脉冲宽度也不同。最小脉冲宽度是在编码器发到发射器输入端的信号中在信号为高电平时的最小脉冲宽度。
(7)噪声抑制
噪声抑制可以通过软件或硬件来实现。一般首选软件,因为用软件实现噪声抑制会更灵活、更可靠、成本更低,但需要花时间和资源去开发各种软件。如果选用硬件实现噪声抑制,可在CTH端接入电阻,如测试电路中R1和R2,两者可选其一或全选。当选用一个电阻的时候,电阻值应根据噪声抑制水平和当没有射频信号输入时DO端是否要保持高或低电平来选择,一般在10MΩ以内。当选用两个电阻时,可以实现更精确控制的噪声抑制。
使用电阻的缺点是会降低接收器的灵敏度、减小解调器带宽,CTH计算式也不再成立,只能通过经验确定。另一个用硬件实现噪声抑制的办法是令R1在10MΩ到6.8MΩ之间,在DO端和比较电路之后加一低通滤波器。低通滤波器可用一电容实现,如测试电路中C6。比较器的参考电压可设定为接近VDD/2,输入接到DO端。
(8)电源滤波
强烈建议在VDD端加去耦电容,测试电路中电容为0.1μF。在射频电路设计时,应将射频地和数字地分开,射频VDD和其他电源线分开。
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