1 概述
MICRF004是Micrel公司最新推出的小型單片無線通信接收器集成電路,。它是為甚高頻段(VHF頻段)的無線通信應(yīng)用而專門設(shè)計的無線接收器件。利用MICRF004可真正實現(xiàn)單片化“無線輸入,、數(shù)據(jù)輸出”功能,。所有射頻(RF)和中頻(IF)的調(diào)整均可在器件內(nèi)部自動完成,因而可極大地降低開發(fā)成本,,縮短產(chǎn)品市場化的進(jìn)程,。另外,,由于MICRF004的效率和可靠性都非常高。所以,,它是目前無線通信應(yīng)用領(lǐng)域成本最低的單片解決方案,。
MICRF004的使用非常方便。它可以提供固定和掃描兩種基本的操作械,。在固定操作模式時,,MICRF004的功能就像一個具有固定本振頻率的傳統(tǒng)超外差式接收機(jī),其內(nèi)部本振操作頻率由外 部晶振提供,。固定模式通常用在發(fā)射能被晶體或SAW(聲表面波)器件精確控制的場合,;在掃描操作時,MICRF004將在此基帶數(shù)據(jù)比率更大的范圍內(nèi)掃描本振頻率,,從而有效拓寬了接收機(jī)的RF帶寬,。因此,MICRF004無需專門的調(diào)諧電路便可接收簡單廉價的LC發(fā)射機(jī)所發(fā)出的信號,,而且甚至可以將接收范圍拓寬到超外差范圍,。在這種模式下,系統(tǒng)便可用±0.5%的廉價陶瓷器件來代替昂貴的石英晶體作為參考,。
關(guān)斷控制是MICRF004的一個重要特點,,利用這一特性可以在周期操作(duty-cycled)和喚醒輸出出現(xiàn)RF信號時為其提供邏輯指示,并使MICRF004能夠適應(yīng)小功率和極小功率的方面應(yīng)用,,比如RKE(remote keyless entry)和RFID(RF identification)等系統(tǒng),。
MICRF004可為系統(tǒng)解調(diào)器提供所有的數(shù)據(jù)濾波功能,這便省去了以往所必需的外部濾波器,。MICRF004內(nèi)含四個濾波器,,其中之一在數(shù)據(jù)速率帶寬范圍內(nèi)采用了編程方式。MICRF004在掃描模式時,,其二進(jìn)制帶寬范圍為0.55kHz~4.4kHz,,而在固定模式,其帶寬范圍為1.1kHz~8.8kHz,。
另外,,MICRF004還有如下主要特點:
●在單片上集成了全部的VHF接收功能;
●頻率范圍可達(dá)140MHz~200MHz,;
●單極天線接收時,,其典型接收距離為200米;
●在掃描模式時,,其數(shù)據(jù)速率為2.5kb/s,;而在固定模式時,其數(shù)據(jù)速率為10kb/s;
●可自動調(diào)整,,無需人工調(diào)諧,;
●無需外部濾波器;
●在150kHz時,,其電源操作電流低達(dá)240μA,;
●可用微處理器或使能編碼器來喚醒操作;
●具有標(biāo)準(zhǔn)的Ics CMOS邏輯接口,;
●具有極低的RF天線再發(fā)射特性,;
MICRF004是為甚高頻段(VHF頻段)無線通信應(yīng)用而專門設(shè)計的天線接收專用集成電路。因而可廣泛用于汽車遙控,、元距離射頻接收,、遠(yuǎn)程風(fēng)扇和燈光控制以及汽車大門的自動開啟和控制等方面,。
2 引腳排列和功能
MICRF004采用16腳DIP或SOP封裝形式,,圖1所示是它的引腳排列,各引腳的功能說明如表1所示,。
表1 MICRF004的引腳功能說明
引腳號 | 引腳號 | 功 能 說 明 |
1 | SEL0 | 帶寬選擇Bit0輸入腳,。可以和SEL1一起來組合設(shè)置解調(diào)濾波器的帶寬 |
2,,3 | VSSRF | 輸入端RF信號模擬部分地 |
4 | ANT | 天線輸入端,。高阻抗,在器件內(nèi)部用交流耦合的方式連接到接收器的輸入上,,在將接收天線與該端連接時,,將在器件的FET門輸入上產(chǎn)生大約2pF的寄生電容 |
5 | VDDRF | 輸入端RF信號模擬部分電源。用于為器件的射頻電路部分提供電源,,應(yīng)將VDDRE和VDDBB連接在一起,,并應(yīng)通過低等效電感和低等效電阻的電容器和VSSRF相連,且連線應(yīng)盡可能短 |
6 | VDDBB | 輸入端基帶數(shù)字電源,;用于為器件的基帶電路部分提供電源,。使用時,應(yīng)將VDDRF和VDDBB連接在一起 |
7 | CIH | 外部電容接入端,;該外部電容的主要作用是維護(hù)內(nèi)部比較器輸入端直流電平上的解調(diào)濾波形 |
8 | NC | 不用 |
9 | NSSBB | 輸入端基帶數(shù)字地,;一般接至基帶部分的電源 |
10 | DO | 數(shù)字信號輸出端;用于輸出與CMOS電平兼容的數(shù)字信號 |
11 | SHUT | 關(guān)斷模式邏輯電平控制輸入端,;輸入低電平時可使能接收器,。該輸入將在器件內(nèi)部被上拉到VDDRF |
12 | WAKEB | 喚醒輸出;當(dāng)監(jiān)測到RF信號時激活輸出以喚醒器件,,該輸出信號與CMOS電平兼容 |
13 | CAGC | 自動增益控制外部電容接入端,;所接的外部電容可與器件內(nèi)部的AGC電路一起來對器件的增益進(jìn)行自動控制 |
14 | SEL1 | 帶寬選擇Bit輸入腳。可以和SEL0一起來組合設(shè)置解調(diào)濾波器的帶寬 |
15 | REFOSC | 外部參考振蕩器接入端,,可在該腳和VSSBB腳之間連接陶瓷振蕩器或晶體振蕩器,,也可以直接輸入0.5VPP的參考時鐘信號 |
16 | SWEN | 掃描模式使能輸入端;用于對掃描操作模式和固定操作模式進(jìn)行輸入控制,。當(dāng)VSWEN為高時,,MICRF004為掃描模式;當(dāng)VSWEN為低時,,接收器工作普通的超外差式接收狀態(tài),。該腳信號將在內(nèi)部被上拉的VDDRF |
3 工作原理
MICRF004的內(nèi)部工作原理框圖如圖2所示。從圖中可以看出:MICRF004由UHF下變頻器,、OOK解調(diào)器,、參考和控制、以及喚配電路等部分組成,。同時圖中還畫出了CTH,、CAGC引腳錢的電容以及REFOSC引腳外的參考振蕩器。這些外部器件便是利用MICRF004來構(gòu)成UHF接收器所需的元件,。MICRF004具有SEL0,、SEL1、SWEN和SHUT等4個控制輸入引腳,,利用這四個引腳,,用戶可以對MICRF004的操作模式進(jìn)行設(shè)置選擇。這些引腳內(nèi)部均有上拉電阻,,且其輸入均與CMOS電平兼容,。
3.1 帶寬選擇
利用SEL0和SEL1引腳可以對MICRF004的解調(diào)器帶進(jìn)行選擇設(shè)置,在掃描模式時,,其可選擇的頻率帶寬范圍為550Hz~4400Hz,,而在固定模式,其可選擇的頻率帶寬范圍為1100Hz~8800Hz,。表2給出了MICRF004的解調(diào)器帶寬選擇方法,。
表2 MICRF004的帶寬選擇方式
SEL0 | SEL1 | 解調(diào)器帶寬 | |
掃描模式 | 固定模式 | ||
1 | 1 | 4400Hz | 8800Hz |
0 | 1 | 2200Hz | 4400Hz |
1 | 0 | 1100Hz | 2200Hz |
0 | 0 | 550Hz | 1100Hz |
3.2 模式選擇
利用SWEN腳的輸入電平可以對MICRF004的操作模式進(jìn)行控制。當(dāng)SWEN腳的輸入為高電平時,,器件選擇掃描模式,;而當(dāng)SWEN腳為低電平時,器件選擇固定模式,。在固定模式時,,MICRF004采用通常的超外差接收方式進(jìn)行工作。
●固定操作模式
如果發(fā)射系統(tǒng)采用的是象SAW發(fā)射機(jī)那樣比較穩(wěn)定的發(fā)射設(shè)備,,那么,,MICRF004便可選擇一般的超外差式固定操作模式進(jìn)行接收工作。固定模式所能接收的信號頻率范圍較窄,,但數(shù)據(jù)速率相對較高,,通??梢赃_(dá)到10kb/s以上。
●掃描操作模式
在掃描模式,MICRF004仍然采用擴(kuò)展的超外差方式進(jìn)行工作,但是需要在LO本振調(diào)制下進(jìn)行,,這時的掃描速率要比普通的數(shù)據(jù)速率高一些。采用掃描方式可以有效地拓寬MICRF004的射頻帶寬,。并且可以使器件在外部發(fā)射頻率和接收頻率都不是十分準(zhǔn)確的情況下正常工作,。采用LO本振調(diào)制方式并不影響系統(tǒng)的中頻帶寬,而且相對于固定操作模式來說,,掃描模式在中頻抗噪聲方面的性能也沒有多大的減弱,。因此,無論是在固定操作模式還是在掃描操作模式,,它們的IF帶寬均為500kHz,。但是,LO本振調(diào)制將對速率產(chǎn)生影響,,在掃描模式時,,其速率上限大約為2.5kb/s,。
3.3 參考振蕩
MICRF004的所有定時和調(diào)諧都是在器件內(nèi)部的參考振蕩器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,。這些調(diào)諧操作可以在REFOSC引腳通過下列三種方式之一來進(jìn)行:
(1)連接一個陶瓷共鳴器;
(2)連接一個石英晶體振蕩器,;
(3)用一個外部的定時信號來驅(qū)動REFOSC引腳,。
如果用晶體振蕩器或者陶瓷共振器控制下的微處理器來產(chǎn)生振蕩信號,也就是說系統(tǒng)的信號頻率比較精確時,,以上三種方法對于降低系統(tǒng)成本是非常有用的,。
3.4 喚醒和關(guān)斷
MICRF004中喚醒電路的主要作用是為了減少整個系統(tǒng)的電源功耗。WAKEB為邏輯信號輸出端,,當(dāng)系統(tǒng)在檢波輸出信號中監(jiān)測到有RF載波時,,WAKEB端輸出低電平信號。該輸出能夠在發(fā)現(xiàn)RF信號時用來使能數(shù)據(jù)解碼器和微處理器等外部電路,。當(dāng)然,,只有在系統(tǒng)處于關(guān)斷模式時,才能使用喚醒功能,。
喚醒功能包含在器件內(nèi)部的一個可恢復(fù)計數(shù)器中,,它采用2.34kHz內(nèi)部時鐘。該時鐘由一個內(nèi)部6.0MHz的參考頻率產(chǎn)生,。當(dāng)這個23.4kHz時鐘被監(jiān)測到時,,系統(tǒng)將在5.12ms(在25kHz時需過128個時鐘周期)之后使WAKEB端進(jìn)入低電平,并一直持續(xù)到數(shù)據(jù)開始。這5ms的持續(xù)時間非常珍貴,,它可以極大地系統(tǒng)監(jiān)測減少的出錯率,。而且不需要對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換補(bǔ)償。因此,,用這種方法來完成喚醒功能是非常方便的,。
關(guān)斷功能是由SHUT腳的邏輯狀態(tài)來控制的。當(dāng)V SHUT為高時,,系統(tǒng)進(jìn)入低功耗待電模式,,此時的待電電流低于1μA。
4 應(yīng)用電路
4.1 典型應(yīng)用電路
MICRF004可用于多種無線通信應(yīng)用領(lǐng)域,。圖3是MICRF004用于150MHz 1200b/s開關(guān)鍵控接收器的典型應(yīng)用電路,。該典型應(yīng)用電路十分簡單,所用的外圍元件很少,,它采用4.85MHz陶共鳴器作外部振蕩器,。CAGC引腳外4.7μF電容器的作用是用來和器件內(nèi)部的AGC電路一起來對MICRF004的增益進(jìn)行自動控制。而CTH引腳上的0.047μF電容器則用來維護(hù)內(nèi)部比較器輸入端直流電平上的解調(diào)波形,。該電路采有+5V電源電壓進(jìn)行工作,。
4.2 實際應(yīng)用電路
圖4是一個用MICRF004來設(shè)計150MHz 1kb/s開關(guān)鍵控接收/譯碼器的實際應(yīng)用電路。該電路可在非工作周期情況下進(jìn)行連續(xù)地接收掃描,。它被設(shè)計成掃描模式,,具有6個地址解碼位和2個輸出編碼位。
在圖4電路中,,U1為MICREL公司的小型單片無線通信接收器MICRF004,,U2則選用HOLTEK公司的HT-12D邏輯解碼器,電路工作頻率為150MHz,,因而選用較為廉價的陶瓷共鳴器來產(chǎn)生參考振蕩頻率信號,。調(diào)節(jié)陶瓷共鳴器、本振電容C4以及天線的長短可以使電路達(dá)到最好的接容選用8.2pF的陶瓷電容器,。需要說明的是,,電源濾波電容C1具有兩種接地方式:如果將C1接地的一端接至模擬地,那么電容將工作在RF頻率段,;而如果將C1的接地一端接至數(shù)字地,,則電路將工作在基帶頻率范圍。
實際上,,該電路的數(shù)據(jù)速率是可以通過R1來進(jìn)行調(diào)整的,。在數(shù)據(jù)速率為1kb/s時,R1的取值為68kΩ,。電路中的使用R2的作用主要是為紅色指示發(fā)光二極管提供限流偏置,,選用1kΩ的普通電阻即可,。