MICRF005无线收发器的原理和应用

liyf · 发表于 2014-10-4 23:11:57

MICRF005无线收发器的原理和应用

摘要：MICRF005芯片是Micrel公司生产的一种高速无线UHF收发器是一款单芯片OOK收发器，可用于远距离低功率无线设备中单向和双向无线连接。MICRF005采用“天线输入，数据输出”工作方式，所有ＲＦ和ＩＦ调谐均可在集成电路内自动完成，因此具有很高的可靠性和极低的功耗。文中介绍了MICRF005的主要特点、结构原理和引脚功能，最后给出了它的应用电路。
关键词：MICRF005；无线收发器；UHF下变频器；OOK解调器
１　MICRF005的主要特点
ＭＩＣＲＦ００５芯片是Ｍｉｃｒｅｌ公司生产的一种无线收发器，该收发器带有一个发送／接收开关和一个用于占空比操作的关断模式可广泛应用于低功率设备的单向和双向无线连接。所有ＩＦ和解调后的数据滤波都可以在ＭＩＣＲＦ００５芯片内部完成，而不需要外加滤波装置。其额定滤波带宽为３００ｋＨｚ，同时支持高达１１５ｋｂｐｓ的数据传输速率。ＭＩＣＲＦ００５收发器的主要特点如下：
● 频带为８００ＭＨｚ～１０００ＭＨｚ
● 传输速率可达１１５ｋｂｐｓ；
● 不需要外加滤波装置或电感；
● 电源工作电流低至１０ｍＡ，频率为８６８ＭＨｚ；
● 可用关断模式调节占空比（大于１／１０）；
● 具有极低的ＲＦ天线辐射；
● 内含的ＣＭＯＳ逻辑接口可用于标准集成电路；
● 所需外围器件很少；
● 具有发送／接收的待机方式，可用于双向连接控制。

２　MICRF005的结构及引脚功能
ＭＩＣＲＦ００５的内部结构如图１所示。它由三部分组成：ＵＨＦ下行变频器，ＯＯＫ解调器和基准控制电路。除了去耦电容外，ＭＩＣＲＦ００５仅需要外接两个电容（ＣＴＨ，ＣＡＧＣ）和一个定时器元件（ＣＲ）即可组成完整的ＵＨＦ收发器。控制输入端Ｔ／Ｒ和ＳＨＵＴ可用于控制集成电路的操作。这些输入与ＣＭＯＳ兼容，且应有上拉电阻。
ＭＩＣＲＦ００５采用ＳＯＰ封装，工作温度范围为－４０～＋８５℃，各引脚功能如表１所列，引脚排列如图２所示。
表1 MICRF005的引脚功能

引脚	名称	应用说明
1	T/R	发送/接收控制开关，低电平有效
2，3	VSSRF	IC的RF接地部分
4	ANT	接收天线信号，并可提供过载保护
5	VDDRF	正电源，IC的RF输入部分
6	VDDBB	正电源，IC的基带输入部分
7	CTH	提供内部数据限幅比较器的基准值，可以看作低通滤波器RC，并带有额定值为30k的阻抗
8	VSBB	IC的基带接地部分
9	DO	CMOS兼容的数据输出信号
10	SHUT	关断模式，低电平有效
11	NC	不连接，禁止使用
12	CAGC	积分电容，用于调节占空比
13	NC	关断模式，低电平有效
14	REFOSC	调谐和校正的时间基准值

３　应用电路
ＭＩＣＲＦ００５的典型应用电路如图３所示。下面给出该电路的一些具体设计方法。
３．１旁路电容的参数设计
为了使芯片工作时具有很好的抗干扰性能，需要滤除工作电源引脚上的高频和低频信号，设计时可在ＶＤＤＢＢ引脚上接两个旁路电容，并将ＶＤＤＲＦ引脚和ＶＤＤＢＢ引脚连接在一起。实际使用中可将三个去耦电容并联，然后再与一个１０Ω电阻串联，推荐电容值为１ｎＦ、１０ｎＦ和１００ｎＦ。
３．２带通滤波选择
如果设备安装在周围噪声较大的环境里，可将带通网络的设定端连接在ＡＮＴ和ＶＳＳＲＦ管脚之间，以提供有选择性的接收频带，同时也可添加过载保护。

３．３自动增益控制（ＡＧＣ）的配置
(１)基准振荡频率ｆＴ的设计
与超外差式接收机相类似，ＭＩＣＲＦ００５内部ＬＯ的频率ｆＬＯ与引入的理想传送频率ｆＴＸ的差值一定等于ＩＦ中心频率。设计时，可以用下式来计算给定ｆＴＸ时的ｆＬＯ值：
ｆＬＯ＝ｆＴＸ±２．４５(ｆＴＸ／９１５)
式中ｆＴＸ和ｆＬＯ的单位是ＭＨｚ。对于任何给定的ｆＴＸ值，ｆＬＯ的值可以分为＂高侧混频”和“低侧混频”两组。一般来说,一侧对另一侧没有优先选择权，故可在其中任选其一。可使用下式来计算基准振荡频率ｆＴ
ｆＴ＝ｆＬＯ／６４
式中ｆＴ的单位是ＭＨｚ。在ＭＩＣＲＦ００５芯片的ＲＥＦＯＳＣ端上连接频率为ｆＴ的石英晶体振荡器可完全保证四位十进制数的准确率。表２列出了ＭＩ-ＣＲＦ００５芯片工作时的一般发送频率。

表2 一般发送频率

发送频率（fTX）	基准振荡频率（fT）
868.35MHz	13.6050MHz
915MHz	14.3359MHz
916.5MHz	14.3594MHz

（２）电容ＣＴＨ的选择
首先应选择连续时间的电平限幅数据。电容ＣＴＨ的主要取决于系统状况，包括系统解码响应时间和数码结构。ＣＴＨ引脚的源阻抗为：
ＲＳＣ＝３０×１４．３５５９／ｆＴ
这里，ｆＴ的单位是ＭＨｚ。假定连续限幅时间τ已被设定，那么电容值ＣＴＨ便可通过ＣＴＨ＝τ／ＲＳＣ来进行计算。在实际设计时，选择标准值为±２０％×７Ｒ的陶瓷电阻即可。
（３）连续模式下电容ＣＡＧＣ的选择
选择合适的ＣＡＧＣ能够使ＡＧＣ控制电压的起伏最小。为了实现这一点，应使用较大的电容。实际使用证明：ＣＡＧＣ的值在０．４７μＦ～４７μＦ之间比较合适。实际电容值可由ＡＧＣ控制电压所需的时间决定，而ＡＧＣ控制电压则由完全放电条件决定。这个设定时间一般可由等式△ｔ＝１．３３３ＣＡＧＣ－０．４４给出，这里ＣＡＧＣ是μＦ，而△ｔ是秒。

（４）占空比电容ＣＡＧＣ的选择
一般来说，在集成电路启动之后，ＡＧＣ的控制电压在芯片关断期间应尽快地再充满。因为在集成电路启动之后，ＡＧＣ的推挽电流提升到额定电流的４５倍只需几毫秒时间。为了使ＣＡＧＣ控制电压的压降能够在几毫秒内再充满，应仔细考虑ＣＡＧＣ电容值和关断时间周期。压降的极性意味着ＡＧＣ电压的升高或降低。既然ＡＧＣ启动电流是关断电流的１／１０，那么，使ＡＧＣ电压恢复最差的情况应是电压下行降落。电压下行降落被再充满可根据下式
Ｉ／ＣＡＧＣ＝△Ｖ／△ｔ
上式中的Ｉ为最初几毫秒的ＡＧＣ启动电流，ＣＡＧＣ为ＡＧＣ电容值，△ｔ为压降恢复时间，△Ｖ为电压降。

４　结束语
ＭＩＣＲＦ００５芯片采用“天线输入、数据输出”的工作方式，可广泛应用于无线游戏机控制、安全报警以及中等速率的数据解调等系统中。

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