關(guān)鍵詞：無線數(shù)據(jù)發(fā)射 自動調(diào)諧 諧振 MICRF102

1 概述

MICRF102是Micrel公司新近推出的遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)發(fā)射芯片。該芯片采用Micrel公司最新的快速無線傳輸技術(shù),可實(shí)現(xiàn)真正的“數(shù)據(jù)輸入,無線輸出”功能。它的所有調(diào)諧都可在IC中自動實(shí)現(xiàn),因此消除了手動調(diào)諧的麻煩。MICRF102結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,并可優(yōu)化設(shè)計(jì),降低成本,不失為一種低成本、高可靠的無線數(shù)據(jù)發(fā)射芯片,可廣泛應(yīng)用于無線鍵盤、遠(yuǎn)程遙控門禁系統(tǒng)、遙控風(fēng)扇、照明開關(guān)以及無線傳感數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

MICRF102采用新型結(jié)構(gòu),可將外部天線環(huán)路全部調(diào)諧到內(nèi)部UHF合成器中。

2 主要特點(diǎn)及引腳排列

MICRF102的主要特點(diǎn)如下：

●將完全的UHF集成在一個芯片內(nèi);

●頻率范圍為300MHz～470MHz;

●數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20kbps;

●可進(jìn)行自動天線調(diào)諧;

●僅需極少的外圍元器件;

●待機(jī)電流不大于1μA。

MICRF102采用8引腳SOIC封裝,圖1為它的引腳排列圖,各引腳的功能說明如表1所列。

表1 MICRF102的引腳功能

3 功能原理

圖2為MOCRF102的內(nèi)部功能原理框圖,它主要包括UHF合成器、緩沖器、天線調(diào)諧器、功率放大器、TX偏置控制、偏置參考以及調(diào)節(jié)電路等。

UHF合成器的作用是產(chǎn)生具有正交輸出的載波頻率,其同相信號I用于驅(qū)動功率放大器;正交信號Q用于與天線信號的相位相比較。天線調(diào)諧器用于檢測位于天線端的發(fā)射信號的相位并控制天線的可調(diào)變?nèi)萜饕赃_(dá)到調(diào)諧的目的。TX偏置控制單元用來檢測天線信號和控制功放的偏置電流。調(diào)節(jié)電路則用來為器件的內(nèi)部電路提供各自所需的偏置。

由諧振器和一個電阻組成的PCB（印刷電路板）天線環(huán)路分配網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)程操作（如自動無鍵登錄）所需的UHF發(fā)射器部件。另外,MICRF102中還有一個差分變?nèi)萜?該變?nèi)萜骺捎脕肀ＷC發(fā)射頻率和接收頻率在過壓或溫度變化時相匹配。

4 應(yīng)用設(shè)計(jì)

4.1 晶振的選擇

外部參考振蕩器決定著發(fā)射頻率,而且發(fā)射頻率是參考頻率的32位,即：fTx=32fREFOSC。選擇參考振蕩器對整個系統(tǒng)起著舉足輕重的作用,因此必須選擇適當(dāng)?shù)牡刃Т?lián)電阻不大于20Ω的晶振,若使用信號發(fā)生器,其輸入輻值應(yīng)在200mVpp～500mVpp范圍之間進(jìn)行選擇。

4.2 天線設(shè)計(jì)

MICRF102在驅(qū)動天線環(huán)路方面具有特殊功效,它有一個可驅(qū)動感性負(fù)載的雙差分輸出。輸出級包括一個可對天線的電感進(jìn)行自動調(diào)諧的變?nèi)萜?以達(dá)到諧振的目的。準(zhǔn)確設(shè)計(jì)高Q值的天線環(huán)路可以更精確地對諧振電路的中心頻率進(jìn)行設(shè)置,需要注意的是,中心頻率的小小偏移都可能降低其發(fā)射功率。天線本身就是一個感性元件。一個簡單的電容器與天線并聯(lián),即可組成諧振電路,其諧振頻率由下式?jīng)Q定：

f=[1/（4π2CL）]1/2

電感的容差依賴于PCB的制造方式,通常天線環(huán)路的諧振頻率是由可調(diào)電容來調(diào)節(jié)的,這樣不僅能起到保護(hù)電路的作用,而且還可防止由于電感容差和電容容差并聯(lián)后造成的發(fā)射器間的頻率差異,但同時也會增加成本和降低系統(tǒng)可靠性。

MICRF102具有自調(diào)諧功能,可自動調(diào)諧,從而免云手動操作的麻煩,同時也可動態(tài)適應(yīng)它在阻抗方面的變化。

MICRF102的輸出級由6.5pF的可調(diào)電容組成,其可調(diào)范圍為5pF～8pF。當(dāng)MICRF102檢測到功放輸出端的信號相應(yīng)時,可自動調(diào)節(jié)變?nèi)萜鞯娜葜?直到天線環(huán)路達(dá)到諧振為止。

在最簡單的設(shè)計(jì),天線環(huán)路的諧振頻率,應(yīng)以電容值6.5pF為基準(zhǔn)。如果不能達(dá)到滿意的效果,則可再在天線端串聯(lián)或并聯(lián)一個電容。

4.3 旁路設(shè)計(jì)

正確的旁路是將100pF的電容與4.7μF的電解電容并聯(lián)起來使用。另外,最好再在電路中并聯(lián)一個0.1μF的電容,圖3是推薦的旁路電路。

4.4 發(fā)射功率

MICRF102的特定發(fā)射功率本身具有50Ω的負(fù)載。天線的功效決定著實(shí)際的輻射功率,好的天線設(shè)計(jì)可使得輸出在3米內(nèi)產(chǎn)生67dBμV/m～80dBμV/m的射功率。PC腳可用來設(shè)置所需的發(fā)射功率。該腳上的電壓與功率放大器輸出端的差分電壓成比例。當(dāng)PC腳電壓增加到0.4V時,輸出功率將受到電流所限而不再發(fā)生變化。減少PC腳電壓可降低輸出功率,同時也將降低射頻輸出功率和它的最大范圍。

4.5 輸出關(guān)斷

當(dāng)設(shè)置的動力過高或電源暫時斷電時,MICRF102的輸出會自動關(guān)斷。芯片的這個特性可使射頻發(fā)射只發(fā)生在合成器處于完全受控的工作狀態(tài),從而防止了操作員在不必要頻率上的無意識發(fā)射。

5 應(yīng)用電路

圖4為MICRF102的典型應(yīng)用電路。可以看出,該電路所需的外圍元件僅有幾個電容、電阻和天線環(huán)路。因此,MICRF102的設(shè)計(jì)非常簡單,而且可靠性高。從寬帶的超再生發(fā)報(bào)器到窄帶的高性能、超外差式接收機(jī)等多種系統(tǒng),MICRF102均可與它們中所有的ASK/OOK UHF接收器相兼容,其頻率范圍為300MHz～47MHz,數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20kpbs。若將MICRF102發(fā)射器與Micrel系列的天線接收芯片MICRF001/002/022/003/004/007配合使用,可實(shí)現(xiàn)完整的無線數(shù)據(jù)發(fā)射的接收功能,同時可大大減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。