RF2512和RF2513是兩款低成本單片頻率合成器及發(fā)射器電路,它們提供了商用無(wú)線產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)低功率FM/FSK或AM/ASK發(fā)射或本振所必需的功能。這些器件能用于美國(guó)955MHz ISM頻段和歐洲的433MH2或868MH2ISM頻段。典型應(yīng)用包括無(wú)線保安系統(tǒng)、無(wú)線讀表和無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路。

    該兩款器件從2.2到5V電壓下工作。RFMD公司在所有的設(shè)計(jì)中都采用優(yōu)化技術(shù)和匹配方法,因而對(duì)這兩款器件均選擇了15GHz雙極工藝技術(shù)。該工藝的特點(diǎn)是：在小于3V和0.5mA的直流電流工作點(diǎn)時(shí)具有15GHz的fT。RF2512和RF2513之間的唯一差別是：RF2512具有片上調(diào)諧可變電容。RF2513是一款更具有價(jià)格效能的集成方案,但它比RF2512具有較低的輸出功率、較小的調(diào)諧范圍和較高的相位噪聲。

工作特征

    RF2512和RF2513可用作FM/FSK或AM/ASK發(fā)射器或本振。內(nèi)部集成的VCO、雙模/雙分頻預(yù)置器和參考振蕩器使得它只需一只外部晶振就能構(gòu)成全部的集成鎖相環(huán)（PLL）系統(tǒng)。RF2512的功能框圖如圖1所示。器件還有第2參考振蕩器,因而可支持雙通道應(yīng)用。在休眠模式下,該器件耗電小于1μA。PLL使能引腳給VCO和PLL供電,而TX使能引腳給發(fā)射級(jí)電路供電。電平調(diào)節(jié)控制允許發(fā)射輸出功率超過15dB的變化范圍。發(fā)射器的直流電流隨著發(fā)射功率的減小而減小,如果要禁止發(fā)射功率輸出,則電平調(diào)節(jié)引腳的電平必須設(shè)置為低。雙模/雙分頻預(yù)置器提供了64/65或128/129的分頻率,從而在參考頻率的選取上給予相當(dāng)?shù)撵`活性。

PLL功能

    PLL部分的方框圖如圖2所示。RF2523的VCO是根據(jù)平衡結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的,它利用了一對(duì)三極管的基極、集電極之間的交叉耦合作用。一對(duì)外部電感器和一只超突變變?nèi)荻�極管組成了RF2512的諧振回路。RF2513使用片內(nèi)可變電容,該電路是雙極三極管的基極-集電極結(jié)電容。之所以選擇基極-集電極結(jié)是因?yàn)樗�比基極發(fā)射極結(jié)具有較高的擊穿電壓,雖然基極-發(fā)射極結(jié)電容有較大的電容量。
ISM頻段頻率的VCO調(diào)諧范圍如表1所示。表中所示片上可變電容使調(diào)諧范圍的減少是明顯的。采用平衡結(jié)構(gòu)取代單端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是因?yàn)槠胶饨Y(jié)構(gòu)給分頻預(yù)置器電路部分提供差分驅(qū)動(dòng),同時(shí)又能對(duì)不需要的調(diào)制信號(hào)有較好的抑制。電路設(shè)計(jì)上必須有一個(gè)DC通道連到VCO諧振器的Vcc端。

表1 VCD調(diào)諧范圍（Cvv=3.6V）

    雙模/雙分頻預(yù)置器的工作是用一只主/從觸發(fā)器的分頻結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一只使用D觸發(fā)器的電流型相位/頻率檢測(cè)器和電荷泵給可變電容器提供控制信號(hào)。通常用一只二階或三階的無(wú)源環(huán)路濾波器來(lái)設(shè)置環(huán)路參數(shù)。

晶體振蕩器

    參考晶振是一種基本模式的共射極考爾匹斯并聯(lián)諧振電路設(shè)計(jì)。晶體用一只32pF的電容負(fù)載來(lái)校準(zhǔn)。片上放大器是一個(gè)射極跟隨器,提供放大倍數(shù)為1的電壓放大。可采用調(diào)整外部反饋電容的值來(lái)對(duì)不同的頻率進(jìn)行性能優(yōu)化。這些電容提供大部分的相移環(huán)路增益。該振蕩晶體也可用外部參考頻率源來(lái)取代,但必須是AC耦合而驅(qū)動(dòng)電平應(yīng)該至少是200mV峰-峰值的信號(hào)。

調(diào)制及PLL特性

    對(duì)于使用FSK或ASK數(shù)字調(diào)制、數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)1Mb/s或FM/AM線性調(diào)制的無(wú)線應(yīng)用。RF2512和RF2513都能支持。FM/FSK調(diào)制是用片上的調(diào)制可變電容直接施給VCO的。在RF2513上這些二極管是以調(diào)諧可變電容的同樣方式構(gòu)成的。主要差別在于使用了更小型器件的基極-集電極結(jié)結(jié)電容,因?yàn)樗�需的調(diào)諧電容量減少了。TX使能引腳和電平調(diào)節(jié)控制可用于實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制。

    當(dāng)需要ASK操作時(shí),可把電平調(diào)節(jié)控制和TX使能結(jié)合在一起來(lái)提供on-off的鍵控功能。頻率偏移正比于調(diào)制信號(hào)的幅度。圖3所示的是一個(gè)不帶直流偏置的40kHz信號(hào)的典型頻偏-輸入調(diào)制電平的關(guān)系圖。

    直接調(diào)制是一種實(shí)施FM/FSK調(diào)制的簡(jiǎn)單方法,但是必須注意調(diào)制率要大于PLL帶寬,否則PLL會(huì)跟蹤鎖定該調(diào)制。另一個(gè)會(huì)引起這些差錯(cuò)的情形是：當(dāng)調(diào)制數(shù)據(jù)是一長(zhǎng)串的1或0的時(shí)候。最小調(diào)制頻率應(yīng)該總是大于PLL帶寬,同時(shí)建議采用曼切斯特編碼以避免調(diào)制跟蹤問題。

    在915MHz應(yīng)用原理圖中,外接的二階無(wú)源濾波器采用了電容、電阻濾波器,這是一個(gè)用無(wú)源濾波器設(shè)置PLL帶寬的典型例子,見圖4。串聯(lián)電容,電阻設(shè)置環(huán)路參數(shù),同時(shí)單個(gè)電容幫助仰制參考邊帶�？梢杂媒�(jīng)典的鎖相環(huán)路分析方法來(lái)決定某個(gè)特定環(huán)路帶寬的環(huán)路元件值。環(huán)路帶寬和鎖定時(shí)間的關(guān)系圖,如圖5所示。

    從圖可見：如果低頻率（如音頻）調(diào)制使用直接調(diào)制,則在某些特定應(yīng)用中鎖相環(huán)鎖定時(shí)間可能會(huì)變得非常大。這個(gè)問題的一種解決方法是通過調(diào)制參考晶振來(lái)進(jìn)行環(huán)外調(diào)制。圖6所示的是一個(gè)具有典型元件值的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)電路。因而可以施加低頻率調(diào)制而不必限制在一個(gè)很小的環(huán)路帶寬內(nèi)。
RF2512或RF2513的開啟時(shí)間受鎖相環(huán)鎖定時(shí)間的影響。但主要因素是參考振蕩器的啟動(dòng)時(shí)間。選擇合適的晶體和預(yù)分頻器的參數(shù)有助于減少開啟時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)間反比于晶振的參考頻率。這就意味著：如果啟動(dòng)時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),則應(yīng)在分頻預(yù)置器中盡可能使用最低的分頻比率因?yàn)檫@樣就可使用最高的可用晶振參考頻率。參考振蕩器的信號(hào)幅度是另一個(gè)能影響啟動(dòng)時(shí)間的因素。在鎖定發(fā)生以前,片上的相位/頻率檢測(cè)器需要一個(gè)確定的參考信號(hào)幅度。通過改變晶體振蕩器上的反饋電容以增加參考信號(hào)的擺幅。從而減少啟動(dòng)時(shí)間也是可能的。但是,如果這樣做,必須考慮晶體的最大驅(qū)動(dòng)電平。在這兩款器件中可以實(shí)現(xiàn)大約1ms的啟動(dòng)時(shí)間。

發(fā)射器輸出特性

    圖7和圖8相應(yīng)地顯示了在915MHz工作頻率上,RF2512和RF2513的發(fā)射器輸出電平和消耗電流與電平控制電壓之間的曲線關(guān)系。典型情況下,RF2513比RF2512低3～5dB。RF2512最大輸出電平大約+8dBm而RF2513大約+2dBm。2次和3次諧波電平典型值是23dBc,因此,評(píng)估板上的發(fā)射輸出端裝有一個(gè)低通濾波器。

    該款器件在較低頻率使用時(shí)可獲得更高的輸出電平,例如工作在433MHz頻率上。在10kHz頻率偏移和10kHz環(huán)路帶寬時(shí),RF2512的相位噪聲是-80dBc/Hz,RF2513是-75dBc/Hz。