MICRF102是Micrel公司推出的一種遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射芯片,可實(shí)現(xiàn)真正的“數(shù)據(jù)輸入,天線(xiàn)輸出”功能,它所有的調(diào)諧都可在芯片內(nèi)自動(dòng)完成。文中介紹了MICRF102的特點(diǎn)、引腳功能、工作原理和設(shè)計(jì)時(shí)的元件選擇,并給出了它的典型應(yīng)用電路。
1概述 MICRF102是Micrel公司新近推出的遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射芯片。該芯片采用Micrel公司最新的快速無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù),可實(shí)現(xiàn)真正的“數(shù)據(jù)輸入,無(wú)線(xiàn)輸出”功能。它的所有調(diào)諧都可在IC中自動(dòng)實(shí)現(xiàn),因此消除了手動(dòng)調(diào)諧的麻煩。MICRF102結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射芯片,可廣泛應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)、遠(yuǎn)程遙控門(mén)禁系統(tǒng)、遙控風(fēng)扇、照明開(kāi)關(guān)以及無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(gè)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(dòng)天線(xiàn)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(shuō)明如表1所列。
表1MICRF102的引腳功能 引腳號(hào) | 引腳名稱(chēng) | 功 能 描 述 | 1 | PC | 功率控制輸入端。正常操作時(shí),該引腳電壓被限制在0.3V～0.6V | 2 | VDD | 正電源電壓輸入端 | 3 | VSS | 接地端。連接在VDD和VSS之間的電源旁路電容應(yīng)盡量靠近兩引腳 | 4 | REFOSC | 參考振蕩輸入。在該腳與VSS之間可連接一晶振,也可用與AC耦合的0.5Vpp輸入時(shí)鐘 | 5 | ASK | ASK（amplitude shiftkey）調(diào)制數(shù)據(jù)輸入端。連接ASK與VDD可實(shí)現(xiàn)CW操作 | 6 | ANTP | 驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)發(fā)射的正輸出端 | 7 | ANTM | 驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)發(fā)射的負(fù)輸出端 | 8 | STBY | 發(fā)射/待機(jī)控制輸入端。該腳拉至VDD時(shí),芯片處于發(fā)射狀態(tài);該腳接至VSS時(shí),芯片處于待機(jī)狀態(tài)。 |
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(xiàn)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(hào)I用于驅(qū)動(dòng)功率放大器;正交信號(hào)Q用于與天線(xiàn)信號(hào)的相位相比較。天線(xiàn)調(diào)諧器用于檢測(cè)位于天線(xiàn)端的發(fā)射信號(hào)的相位并控制天線(xiàn)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(lái)檢測(cè)天線(xiàn)信號(hào)和控制功放的偏置電流。調(diào)節(jié)電路則用來(lái)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(gè)電阻組成的PCB（印刷電路板）天線(xiàn)環(huán)路分配網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)程操作（如自動(dòng)無(wú)鍵登錄）所需的UHF發(fā)射器部件。另外,MICRF102中還有一個(gè)差分變?nèi)萜?/font>,該變?nèi)萜骺捎脕?lái)保證發(fā)射頻率和接收頻率在過(guò)壓或溫度變化時(shí)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(duì)整個(gè)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(hào)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(xiàn)設(shè)計(jì) MICRF102在驅(qū)動(dòng)天線(xiàn)環(huán)路方面具有特殊功效,它有一個(gè)可驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載的雙差分輸出。輸出級(jí)包括一個(gè)可對(duì)天線(xiàn)的電感進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧的變?nèi)萜?/font>,以達(dá)到諧振的目的。準(zhǔn)確設(shè)計(jì)高Q值的天線(xiàn)環(huán)路可以更精確地對(duì)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(xiàn)本身就是一個(gè)感性元件。一個(gè)簡(jiǎn)單的電容器與天線(xiàn)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(lài)于PCB的制造方式,通常天線(xiàn)環(huán)路的諧振頻率是由可調(diào)電容來(lái)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(shí)也會(huì)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(dòng)調(diào)諧,從而免云手動(dòng)操作的麻煩,同時(shí)也可動(dòng)態(tài)適應(yīng)它在阻抗方面的變化。 MICRF102的輸出級(jí)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(cè)到功放輸出端的信號(hào)相應(yīng)時(shí),可自動(dòng)調(diào)節(jié)變?nèi)萜鞯娜葜?/font>,直到天線(xiàn)環(huán)路達(dá)到諧振為止。 在最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì),天線(xiàn)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(mǎn)意的效果,則可再在天線(xiàn)端串聯(lián)或并聯(lián)一個(gè)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(lái)使用。另外,最好再在電路中并聯(lián)一個(gè)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(xiàn)的功效決定著實(shí)際的輻射功率,好的天線(xiàn)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(lái)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(shí),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(shí)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(dòng)力過(guò)高或電源暫時(shí)斷電時(shí),MICRF102的輸出會(huì)自動(dòng)關(guān)斷。芯片的這個(gè)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(wú)意識(shí)發(fā)射。 5應(yīng)用電路 圖4為MICRF102的典型應(yīng)用電路�？梢钥闯�,該電路所需的外圍元件僅有幾個(gè)電容、電阻和天線(xiàn)環(huán)路。因此,MICRF102的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)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/OOKUHF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(xiàn)接收芯片MICRF001/002/022/003/004/007配合使用,可實(shí)現(xiàn)完整的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射的接收功能,同時(shí)可大大減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。
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