找回密码
 注册
关于网站域名变更的通知
查看: 825|回复: 1
打印 上一主题 下一主题

FM-SCA射频接收系统二本振电路的设计与分析

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
1#
发表于 2019-7-18 11:11 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

EDA365欢迎您登录!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
   
FM-SCA射频接收系统二本振电路的设计与分析

) j; c* q' l( n) \     摘要:综合分析FM-SCA射频接收中二本振电路。该二本振电路采用了MC3374内部振荡电路。文中采用理论分析、SPICE模拟及实际调试相结合的方法,确定振荡电路的结构及其振荡电路的元器件参数。经生产实践证明,该电路满足易起振、振荡频率稳定、振荡幅度高等条件。
! ~7 F. R" A% j# G, y9 E    关键词:FM-SCA射频接收 振荡电路 SPICE模拟
6 Z3 M( d! H6 z& z近年来国际上出现了利用调频(FM)广播副载波进行高速数据传输的技术。
; Z/ N3 S4 D" z* a. o( _: B" C
  l) L+ n9 v  e( F8 o: G5 Q4 }, v
9 b$ \- B$ ^7 x
4 h- `5 f1 i4 G! L/ `由于这种技术具有数据传输速率高、不额外占用频率资源、抗干扰能力强等优点,因此,通过调频广播辅助信道开展通信业务-SCA(Subsidiary Communication Authorization)得到了很大发展。
( K: z" N, S/ v1 U  E2 }, _高频振荡电路广泛地应用在电子系统及设备中。当今随着通信的飞速发展,对本振性能的要求也越来越高。有关振荡器的理论、设计和技术在近年来也得到了不断的发展。在射频接收电路中,本地振荡信号源(高频振荡器)一般采用正弦波振荡器,对振荡器提出的主要指标为振荡频率和振荡幅度的正确性与稳定性。正弦波振荡电路主要包括LC振荡电路和RC振荡电路。在要求本地振荡信号频率精度较高的应用中,晶体振荡器频率稳定度比陶瓷振荡电路要高,可以超过10 -5数量级。但由于受晶体晶片本身的局限,在几百kHz频段时的昌振体积就很大,不适用于小型化的无线寻呼接收机。由于SCA无线数据传输信息是经过两次不同的调制(FSK调制和FM调制)后,与调频广播台其它信息一起,由调频电台发射天线发射到空间的[1],所以FM-SCA无线数据传输接收终端在接收到主载波的复合信号后,需经过两次解调才能还原出原来的数据信息,即:首先,通过天线接收且高频放大后,经一次混频、一中频滤波、一次解调输出SCA信号,此信号是FSK信号。然后,必须再进行一次解调才能还原出FM-SCA信息,即经第二次混频、第二中频滤波、第二次解调、低通滤波,较后得到数字信号。所以二本振电路在FM-SCA射频接收电路中占有很重要的地位。然而,在SCA射频接收电路中[2],根据超外差接收原理,其二本振听频率为522kHz(67kHz+455kHz)。由于该频段内石英晶体的体积很大,不利于实现SCA射频接收的小型化,因此,二本振电路采用了陶瓷振子振荡电路。
2 e! @! P: v' O; y& |8 S. k  M7 U4 ~0 I
6 x" s$ |1 s) B8 c4 O" T, _1 c0 B
' g$ K( b$ I; `4 z& ^: U" }
一、陶瓷振子的特性
0 K2 R, o$ E! c陶瓷振子的频率覆盖范围从千赫范围兹到兆赫兹之间,其频率稳定性介于LC/RC和石英晶体振荡器之间。它具有尺寸小、起振性能好、无需调整等优点。
' Z9 c  j9 o$ G陶瓷振子的等效电路如图1所示,与石英晶体的等效电路一致,但其Q值比石英晶体差。测试522kHz陶瓷振子的特性,可知该陶瓷振子在498~531kHz范围内,振子呈感性,且动态电感极大,Q值很高,是振子在振荡器中的应用范围。超过此范围振子呈容性,不满足相位条件,将不产生振荡。
0 z; {2 F$ [/ e5 N! C) A7 O1 ?
! z, S& o. ?, w
: u! g( [" `3 ]# ?( G4 m$ i1 w6 n' V) J' \3 ?
二、二本振电路的设计* J4 L8 A: l1 A6 A/ u- B; ~9 i
由于现在几乎所有的FSK解调芯片都把振荡器集成其中。MC3374也同样如此,所以二本振电路的结构比较简单,只需在片外接晶振与振荡回路所需的电路即可。只要电容值适录,就可以实现二本振的稳定振荡。
2 }' p1 ~( Q2 z& O; G
6 X# g" |. }2 G( q6 a
7 L/ b1 J) {( y$ H. M8 W, L. d# c- j1 d
    1.理论分析7 o5 u: }/ J' r5 G# j: }  \
参阅MC3374资料,在SCA射频接收中,二本振的振荡电路如图2(a)所示[2]。图2(b)为该振荡电路的计算分析等效电路,即把二本振电路分为谐振器和有源网络两部分[3]:谐振器部分的阻抗是频率的函数,尤其在谐振点附近随着频率变化而发生较大变化;有源网络部分的阻抗随频率变化的幅度不大,而且与电路的电源电压及直流偏置参数还一定关系。
8 b8 O! T2 O! i' P1 R9 k4 R利用线性负阻分析方法可得振荡电路图2(b)的交流等效电路,如图3所示。通过推导,可得出该电路的阻抗为
5 n7 d, S) y! [3 i6 V& x) M
  B3 I$ v' [+ d; h
5 l. u9 ~7 f. i1 K4 |9 c2 M9 [. z& x
虽然利用上式求解振荡频率,不仅计算麻烦,而且结果也不正确,但是从该式可以看出振荡频率与C1、C2的关系。Zact=Ract+jXact,当C1减小时,Ract的有效值变大,Xact的有效值也变大;或当C2减小时,Ract的有效值也变大,Xact的有效值也变大,都会引起振荡电路的频率变高。7 M8 S( w8 Z; R2 [) T' [+ i1 I
2.SPICE模拟5 F8 R( T1 X  _4 L: d
在工程估算的基础上,采用SPICE模拟,进一步较为正确地确定振荡元器件参数,以备实际设计的使用。2 _5 p) G. @. q' i9 G, O1 {- B* }
, m5 h. [8 M9 V0 j

8 c& a7 p! t1 N( W
5 i8 e9 t5 I  K    通过对图2(b)所示拆分的振荡电路分别进行AC分析,再稍作处理,可以得到较为正确的谐振频率,而且分析速度快。在进行SPICE模拟时,将电路分为谐振器和有源网络两部分,分别加以1A的交流激励电流,然后对其进行AC分析,可得到不同频率点的Vact和Vpas(即Zact和Zpas)。设Vtotal=Vact+Vpas,在Vtotal的虚部为零、实部为负的频率点即为电路的谐振点。图4即为交流分析结果。/ a7 l& |" Q- {  |
图4中:A、D曲线对应的是C1=C2=330pF;B、E曲线对应的是C1=C2=230pF;C、F曲线对应的是C1=C2=130pF。它们均能满足起振条件,并可以得到相应的振荡频率分别为:522.468kHz、524.955kHz、528.570kHz。由此可见,C1、C2改变时,振荡频率分跟着发生少量变化,变化趋势如图5所示。7 s+ W  B2 U- h, K

4 q- s# C5 J9 r! E1 k2 ]& [
. y8 S3 A( Q' k2 F  V  k. Q" e5 x+ P+ K6 |8 m
    由以上分析可知:为使二本振谐振在522kHz左右,C1与C2都选为330pF,否则,振荡频率会发生偏移,影响SCA的射频接收效果。
5 N- K% V' j7 P/ B. I% v该陶瓷振荡器的瞬态分析输出结果如图6(a)、6(b)所示。由此可见,瞬态分析结果与AC分析得出的谐振频率吻合得很好。/ d4 ~4 B  e! b1 O3 \
3.振荡器输出幅度
  q% n) s* c9 X: O6 y  [; J, Q在理论上估计该振荡器的输出幅度时,由于输出负载与振荡器之间属弱耦合,C1<<C2,故工程计算时可忽略负载的影响。首先计算得出:gmQ=3.79e-3,而gmin=ReXc1Xc2=130×3.14 2×522 2×10 6 ×330 2×10 -24=1.52e-4(在f=522kHz下),故:gmin/gmQ=0.04。7 r$ ]2 S: A/ p; I  k* c- E4 I7 c
查表可知:V=40,因此,实际的基极电压为40×26mV=1040mV。事实上,振荡时发射极工作点发生偏移,使集电极一发射术电压达到饱和,如图7所示。& S' O/ _$ b- D  b3 J
: U+ ?' u+ _: t, O

( R* F$ d( o( F3 S! L: Y6 l8 o9 p0 }- D  O: k
    由图7可知:若集电极出现饱和,则输出幅值正比于电源电压,同时电路的有载Q值与电源电压、发射极静态工作电流及反馈系数有关。; ^5 H! V. C- t. a1 q% Q
在SCA射频接收中,二本振电路采用了MC3374内部振荡电路,设计的振荡电路振频频率为522kHz。二本振电路中外接元件C1与C2的值取为330pF,其电路易起振、振荡频率稳定、振荡幅度高,振荡特性较好,符合设计要求。- Y& z6 f  P8 s; f# u$ T

% n4 l' T( D* Y- N9 e( h
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

关闭

推荐内容上一条 /1 下一条

EDA365公众号

关于我们|手机版|EDA365电子论坛网 ( 粤ICP备18020198号-1 )

GMT+8, 2025-6-9 19:21 , Processed in 0.093750 second(s), 23 queries , Gzip On.

深圳市墨知创新科技有限公司

地址:深圳市南山区科技生态园2栋A座805 电话:19926409050

快速回复 返回顶部 返回列表