無線發射芯片原理分析論文

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RF2516是RFMicroDevice公司推出的一種單片AM／ASKVHF／UHF發射芯片，可工作于100MHz～500MHz，并采用AM／ASK調制方式。其片內集成了PLL、VCO和參考振蕩器。工作電壓為2．25V～3．6V，可為50Ω負載提供±10dBm的輸出功率。

RF2516可應用在315MHz～433MHz的遠程無鑰匙接入系統、無線安全系統及其它遠程控制設備中。由于其片內集成了VCO、鑒相器、預定標器和參考振蕩器,因此,只要外接一個晶體諧振器就可構成完整的鎖相環。RF2516除了具有標準的掉電模式外，還具有自動鎖相檢測功能。當PLL失鎖時，發射輸出無效.

1引腳功能

RF2516采用16腳QSOP封裝形式。下面是其各引腳的功能說明：

腳1(OSCB):該腳直接和參考振蕩器三極管的基極相連。一個68pF的電容接在該腳和引腳2間；

腳2(OSCE):該腳直接和參考振蕩器三極管的發射極相連。一個33pF的電容接在該腳和地之間；

腳3(PD):當該腳為低電平時，所有的電路關閉；當該腳為高電平時，電路正常工作；

腳4（GND）：TXOUT放大器的接地端，應使引線盡量短并直接連接到地，以求最佳的工作性能；

腳5（TXOUT）：發射輸出端，該腳是集電極開路輸出端，需要接一個饋電電感與匹配電容，構成集電極諧振匹配電路同時給放大器的集電極饋電;

腳6（GND1）：TX輸出緩沖放大器接地端；

腳7（VCC1）：該腳給緩沖放大器提供偏置；

腳8（MODIN）：AM、數字調制信號通過該腳加給載波。一個外部電阻通過該腳給輸出放大器提供偏置，其電壓不能超過1．1V，過高的電壓可能損壞器件；

腳9（VCC2）：該腳用來給VCO、晶體振蕩器、鑒相器提供直流偏置。中頻旁路電容應直接接在該腳和地之間；

腳10（GND2）：數字PLL接地端；

腳11（VREFP）：旁路偏置參考電壓引腳，旁路電容應選擇合適的大小以給參考晶體振蕩器濾波，旁路電容直接和該腳相連；

腳12（RESNTR－）：該腳用來給VCO提供直流控制電壓，并調節VCO的中心頻率；

腳13（RESNTR＋）：和引腳12相同；

腳14（LOOPFLT）：泵電路輸出端，從該腳到地的RC網絡用來設置PLL帶寬；

腳15（LDFLT）：該腳用來設置鎖定檢測電路的門限，旁路電容用來和片內1kΩ電阻設置RC時間常數。這個信號用來控制MODIN電路。時間常數應是參考周期的10倍；

腳16（DIVCTRL）：預置分頻器控制端，高電平選擇64分頻，低電平選擇32分頻。

2內部結構

RF2516的內部結構如圖1所示。RF2516中的參考振蕩器是COLPITTS（考畢茲）型振蕩器（電容反饋式三點振蕩電路）。引腳1（OSCB）和引腳2（OSCE）通常與振蕩三極管相連。兩個電容的大小分別為68pF和33pF。COLPITTS型振蕩器具有高可靠性、相位噪聲合適等特性。

預定標器的作用是通過設置DIVCTRL引腳上的邏輯電平將VCO的輸出頻率64分頻或32分頻。高電平選擇64分頻，低電平選擇32分頻。分頻后的信號將反饋到鑒相器內與參考頻率進行比較。

RF2516片內集成有鑒相器和電荷泵。鑒相器可將參考振蕩器和VCO的相位進行比較。它的輸出一般與電荷泵相連。鑒相器是雙穩態觸發型數字鑒相器，也稱為數字鑒相／鑒頻器或數字三態比較器。其電路主要由兩個D觸發器組成，它們的輸出加到與非門。與非門的輸出與觸發器的復位端相連。觸發器的輸出還和電荷泵相連。每個觸發器的輸出是一脈沖信號，它的頻率與觸發器的輸入信號頻率有關。當兩個觸發器的輸入相同時，其輸出被鎖頻鎖相。而當輸入不同時，觸發器將提供信號給電荷泵，并由電荷泵對環路濾波器充電、放電或進入高阻狀態，這也是三態數字比較器的來歷。這種鑒相器的主要優點是能夠糾正相位和頻率誤差。當已鎖相時，鑒相器可用相位誤差來糾正；當失鎖時，鑒相器用頻率誤差來糾正。這種鑒相器可以在任何條件下進入鎖相狀態。

器件中的電荷泵由兩個三極管組成，一個給環路濾波器充電，另一個給環路濾波器放電。它的輸入是鑒相器的觸發器輸出信號。因為有兩個D觸發器，所以有四種狀態。環路濾波器可對來自電荷泵的脈沖進行積分，以得到VCO的控制電壓。

VCO的輸出通過緩沖放大器加到預定標器電路，可選擇進行64分頻或32分頻位與參考振蕩器頻率進行比較。

發射放大器由驅動極和集電極開路的兩級放大電路組成。可在3．6V電壓作用下給50Ω負載提供＋10dBm的輸出功率。

鎖相檢測電路和鑒相器的輸出相連，可在VCO和參考振蕩器沒有鎖定時，控制鎖相檢測電路使發射電路不工作。

3應用電路

圖2所示是RF2516工作于315MHz的射頻發射電路。該電路工作時，音頻信號控制變容二極管D1的電容，該電容是晶體諧振回路的一個電容，可用于音頻信號對載波的直接調頻。圖2電路中，RF2516的引腳5接有50Ω的微帶傳輸線，它只有阻性，而無感性。電容C3和電感L1構成的倒L型諧振匹配回路可諧振于315MHz，并與無線輻射阻抗匹配。電阻R3和電容C4是電源的饋電回路。電阻R5和電容C7組成的RC網絡用來設置PLL的帶寬。