基于MAX7044/7033的無線收發(fā)電路
MAX7033是一個(gè)完全集成的低功耗CMOS超外差接收器芯片，接收頻率范圍在300 MHz～450 MHz的ASK信號(hào)。接收器射頻輸入信號(hào)范圍從一114 dBm-0dBm。MAX7033芯片內(nèi)部包含有LNA、差分鏡像抑制混頻器、PLL、VCO、10.7 MHz IF限幅放大器、AGC、RSSI、模擬基帶數(shù)據(jù)信號(hào)恢復(fù)等電路。工作電壓+3.3 V或+5.0V，250μs啟動(dòng)時(shí)間，低功耗模式電流消耗<3.5μA，工作溫度-40℃～＋105℃，采用TSSOP-28和薄形QFN-EP* *-32封裝。
MAXT044發(fā)射器芯片與接收器芯片MAX7033配套，適合汽車遙控、無鍵進(jìn)入系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、車庫門控制、家庭自動(dòng)化、無線傳感器等應(yīng)用。
1 基于MAX7044的發(fā)射器電路
MAX7044引腳功能如表1所列。
MAX7044芯片內(nèi)部包含功率放大器(PA)、晶體振蕩器(crystal oscillator)、驅(qū)動(dòng)器(driver)、數(shù)據(jù)有效檢測電路(data activity detector)、鎖定檢測電路(10ck detect)、鎖相環(huán)(32x PLL)、分頻器(/16)等電路。
(1)低功耗模式
MAX7044有一個(gè)自動(dòng)的低功耗模式(shutdown mode)控制方式。如果DATA引腳在一個(gè)確定的時(shí)間(等待時(shí)間)內(nèi)沒有動(dòng)作，器件自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式。等待時(shí)間大約是216個(gè)時(shí)鐘周期，在315 MHz頻率大約為6.66ms，在433 MHz頻率大約為4.84 ms。進(jìn)入低功耗模式的等待時(shí)間為
式中，fRF是射頻發(fā)射頻率。
當(dāng)器件在低功耗模式時(shí)，在DATA信號(hào)的上升沿“熱”啟動(dòng)晶振和PLL，晶振和PLL在數(shù)據(jù)發(fā)射前需要220μs的建立時(shí)間。
(2)鎖相環(huán)PLL
PLL(Phase-Locked Loop)功能塊包含有相位檢波器,充電泵、集成的回路濾波器、VCO、異步時(shí)鐘分頻器、驅(qū)動(dòng)器和晶體振蕩器。除了晶振，PLL不需要其他外部元器件?；鶞?zhǔn)頻率和載波頻率的關(guān)系為 fXTAL=fRF/32
在PLL鎖定前，鎖定檢測電路防止功率放大器發(fā)射.另外，如果失去載波頻率，器件將關(guān)閉功率放大器。
(3) 功率放大器
MAX7044的功率放大器(power amplitier)是一個(gè)高效率的、漏極開路、C類放大器，使用合適的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，功率放大器能夠驅(qū)動(dòng)簡單的PCB環(huán)行天線和各種形式的50Ω天線。
在典型應(yīng)用電路中，使用電源電壓+2.7 V，電路輸出電平可達(dá)到+13 dBm，整個(gè)效率可以達(dá)到48％。
(4) 時(shí)鐘緩沖輸出
MAX7044在CLKOUT引腳端提供一個(gè)緩沖的時(shí)鐘輸出(buffered clock output)，可供微控制器等器件使用。CLKOUT的輸出頻率是晶振頻率的1/16。對(duì)于315 MHz射頻發(fā)射頻率，使用的晶振頻率是9.843 75 MHz，提供的時(shí)鐘頻率是615.2 kHz。對(duì)于433.92 MHz的射頻發(fā)射頻率，使用的晶振頻率為13.56 MHz，提供的時(shí)鐘頻率為847.5 kHz。當(dāng)器件在低功耗模式時(shí)，時(shí)鐘輸出無效。數(shù)
據(jù)發(fā)射時(shí)，在220μs時(shí)間之后，時(shí)鐘輸出穩(wěn)定。一個(gè)MAX7044的典型應(yīng)用電路如圖1所示。
2 基于MAX7033的接收器電路
MAX7033引腳功能如表2所列。
MAX7033芯片內(nèi)部包含有LNA、差分鏡像抑制混頻器、PLL、VCO、10.7 MHz IF限幅放大器、AGC、RSSI、模擬基帶數(shù)據(jù)信號(hào)恢復(fù)等電路。
(1)電壓調(diào)節(jié)器
使用單3.0～3.6 V電源電壓，直接連接AVDD、DVDD和VDD5到電源電壓。使用單4.5～5.5 V電源電壓，連接VDD5到電源電壓。片上的電壓調(diào)節(jié)器(voltage regulator)產(chǎn)生AVDD引腳端需要的3.2 V電壓。DVDD和AVDD兩個(gè)引腳端必須連接在一起，盡可能地靠近DVDD和AVDD引腳端連接1個(gè)0.01 μF的旁路電容到地(AGND)。
(2)低噪聲放大器LNA
LNA(Low-Noise Amplifier)是一個(gè)nMOS的共基共射放大器，需要使用片外的電感，具有3.0 dB的噪聲系數(shù)和一12 dBm的IIP3。增益和噪聲系數(shù)與在天線與LNA輸入端之間的匹配網(wǎng)絡(luò)和在LNA輸出與混頻器之間的LC諧振網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。需要從LNASRC引腳端連接一個(gè)電感到地(AGND)。這個(gè)電感設(shè)置在LNAIN引腳端的輸入阻抗的實(shí)部，可以實(shí)現(xiàn)更多靈活的阻抗匹配，如使用PCB導(dǎo)線得到天線形式。對(duì)于50 Ω的輸入阻抗，這個(gè)電感值為15 nH。注意這個(gè)電感值會(huì)受PCB導(dǎo)線長度的影響。
LC諧振濾波器連接到LNAOUT引腳端，由L3和C2組成(見典型應(yīng)用電路)。選擇L3和C2，諧振在要求的射頻輸入頻率。諧振頻率由計(jì)算。式中，LTOTAL=L3+LPARASITICS；CTTOAL=C2+CPARASITICS。
LPARASITICS和CCPARASITICS包括PCB板、引腳端、混頻器輸入阻抗、LNA輸出阻抗的電感和電容。這些寄生參數(shù)不能忽略，否則會(huì)影響諧振濾波器的中心頻率。
(3)自動(dòng)增益控制
當(dāng)AC引腳端是低電平時(shí)，AGC(Automatic Gait Contr01)電路監(jiān)控RSSI輸出。RSSI的輸出達(dá)到1.98V時(shí)，對(duì)應(yīng)的射頻輸入電平為一62 dBm，AGC開關(guān)通過減少電阻控制LNA增益；當(dāng)RSDSI電平下降到低于1.39V時(shí)，對(duì)應(yīng)的射頻輸入電平為一70 dBm，LNA恢復(fù)高增益模式。
當(dāng)AC引腳端是高電平時(shí)和SHDN轉(zhuǎn)向高電平時(shí)AGC電路不使能，LNA總是在高增益模式；當(dāng)AC引腳端是低電平時(shí)和SHDN是高電平時(shí)，AGC功能恢復(fù)。
(4)混頻器
MAX7033采用獨(dú)特的鏡像抑制混頻器(Mixer)結(jié)構(gòu)可以不使用價(jià)格高的SAW濾波器?；祛l器單元是一個(gè)雙平衡的混頻器對(duì)，完成射頻信號(hào)到10.7 MHz IF的IQ下變頻，本振(L0)頻率采用低端注入形式。電路具有44dB的鏡像抑制能力。IF輸出阻抗330Ω，可以采用330Ω的陶瓷濾波器。
IRSEL引腳端是一個(gè)邏輯電平輸入，可用來選擇3個(gè)鏡像抑制頻率中的一個(gè)。當(dāng)VIRSEL=0 V時(shí)，鏡像抑制頻率調(diào)諧在315 MHz。VIRSEL=VDDS/2，鏡像抑制頻率調(diào)諧在375 MHz；當(dāng)VIRSEL=VDD5，鏡像抑制頻率調(diào)諧在433 MHz；當(dāng)IRSEL引腳端不連接時(shí)，在內(nèi)部設(shè)置到VDD5/2，不需要外部VDD5/2電壓。
(5)PLL
PLL(Phase-Locked Loop)功能塊包含有相位檢波器、充電泵、集成的回路濾波器、VCO、異步時(shí)鐘分頻器和晶體振蕩器驅(qū)動(dòng)器。除了晶振，PLL不需要其他外部元器件。VCO產(chǎn)生低端LO?；鶞?zhǔn)頻率、RF頻率和IF頻率的關(guān)系為
式中：M=1(VXTALSEL=VDD5)，或者M(jìn)=2(VXTALSEL=0 V)。
(6)中頻和RSSI(Intermediate Frequency and RSSI)
IF部分提供差分330Ω輸出阻抗，可以與片外的陶瓷濾波器匹配。6個(gè)內(nèi)部AC耦合限幅放大器提供大約65 dB增益，IF帶通濾波器的中心頻率10.7 MHz，3 dB帶寬大約為10 MHz。
RSSI電路解調(diào)IF信號(hào)，產(chǎn)生與IF信號(hào)電平成比例的直流電壓輸出，大約為14.2 mV/dB。
(7)晶體振蕩器
在MAX7033中的晶體振蕩器(crystal oscillator)，在XTALI和XTAL2引腳端之間呈現(xiàn)的電容大約為3 pF。使用不同的負(fù)載電容，將改變晶振的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)頻率，如4.7547 MHz的晶振使用10 pF的負(fù)載電容。MAX7033的振蕩器頻率為4.756 3 MHz，有大約100 kHz誤差。
也可以使用外部基準(zhǔn)振蕩器驅(qū)動(dòng)VCO，使用一個(gè)1 000 pF的電容交流耦合連接到XTAL2引腳端。
(8)數(shù)據(jù)濾波器
數(shù)據(jù)濾波器(data filter)是一個(gè)二階低通Sallen-Key濾波器，需要2個(gè)片上的電阻和外部電容組合。調(diào)節(jié)外部電容的數(shù)值，可以改變?yōu)V波器的截止頻率，以適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)速率。
MAX7033的應(yīng)用電路如圖2所示，元器件參數(shù)如表3所列。
3 PCB設(shè)計(jì)考慮
恰當(dāng)?shù)腜CB板設(shè)計(jì)是射頻/微波電路設(shè)計(jì)的重要部分。在高頻輸入和輸出引腳端使用控制阻抗的導(dǎo)線和使導(dǎo)線盡可能的短，以減少損耗和輻射。在高頻，導(dǎo)線長度為λ/lO或者更長，其作用類似天線。保持導(dǎo)線盡可能地短，可以減少寄生電感。一般情況，2.54 cm(1英寸)的PCB導(dǎo)線長度，大約附加20 nH的寄生電感。寄生電感將影響實(shí)際的元件參數(shù)。例如：1.27 cm(O.5英寸)長的導(dǎo)線與一個(gè)100 nH的電感器連接，將增加額外的10 nH電感。使用寬的導(dǎo)線、可靠的接地或者電源板在信號(hào)導(dǎo)線的下面可以減少寄生電感。另外，所有的GND引腳端要求使用低電感連接到地，盡可能地靠近所有的VDD引腳端，連接退耦電容到地。
4 與微控制器的接口
MAX7044和MAX7033可以直接與微控制器接口。
微控制器的輸出數(shù)據(jù)可以直接輸入到MAX7044的數(shù)據(jù)輸入引腳端(引腳端6，DA-TA)，MAX7044可以通過時(shí)鐘輸出引腳端(引
腳端5，CLKOUT)，提供頻率為fxTAL/16的時(shí)鐘信號(hào)到微控制器。
MAX7033的接收數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)輸出引腳端(引腳端25，DATAOUT)輸出到微控制器。微控制器可以通過控制MAX7033的低功
耗控制引腳端(引腳端27，SHDN)的電平狀態(tài)(低電平有效)，使MAX7033進(jìn)入低功耗模式。
采用MAX7044和MAX7033構(gòu)成的無線收發(fā)電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，用單片機(jī)控制進(jìn)行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線收發(fā)，收發(fā)距離大于10O m，數(shù)據(jù)速率可達(dá)到1O0 kbps。
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