|
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
5 V4 \2 P2 _6 e. E1 V. [- ^$ T 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。- p v. n0 r! p, j* }
关键词:FM-SCA射频接收 振荡电路 SPICE模拟* v4 f# n& b# Z9 i: Z) X9 E; Y) {5 [
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。) B+ n& a: K' p; P9 c
$ r/ _* F7 ~2 @5 ~9 f# k6 h
' ^' b, I( o& m( A+ I1 k
! c }4 |& T- j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。, Z# [$ p) h! |0 _7 C# T
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。! \+ P7 }# C2 J& p( n4 h
; ^/ Q0 D1 m4 E3 m' |
3 f8 o6 J% C' c! Q+ v
' q/ H9 z: k9 C# C! K一、陶瓷振子的特性: g1 n: m% {8 u
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。6 m% g& t$ o5 k; N- J8 r; ?
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。
: h# f3 t+ q) D! y
: O d8 r, u4 q4 p# b& V* P) H![]()
?/ i$ U& t( U# ?1 M, @8 _4 j7 @% u; B5 T. j) L
二、二本振电路的设计
% Y+ G% Q/ i" R. V( B# l3 O# h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 O7 |! w9 X* x2 t$ ^3 T) M! S6 p9 L& c( D; F8 B. |* i: q) Q
![]()
( Q ]9 e0 s* p ^
1 Q$ j: K ]7 N7 R5 E 1.理论分析
; H; D) C( a n2 J0 N8 q" I, g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 t: h5 C& T* k4 A" z3 Z5 M' F
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# e" x9 y" P) s1 Y- G
6 B/ d6 w: G1 X6 g1 L
2 z/ p- A# Y* S
, b: Z4 Y) o1 |. e' T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。
T' y4 P6 ]5 \0 C# `8 A# Q2.SPICE模拟* P5 B. X; @4 x. o. L( m* Q
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。
: Q6 n" K- Z6 B$ `; c: G6 T. @, x% u1 e; @" [$ _ k, Q
![]()
, D% F2 J. r/ t) x) p4 C& V+ v# B, ^
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。
! \ V* {' a, j9 x8 j7 P) z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。4 ?- X+ P* d$ }5 p4 |) Z7 o
% O% x3 Z5 \; g8 _, D! @5 s
![]()
8 f8 b# p# J( H% f# P V8 O: w9 p! t
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。
2 [# X' `4 S5 x* ]. o9 x. s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。
! ?. q0 _3 r' }% c$ S( x3.振荡器输出幅度
3 Y7 D' C9 M: ]0 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。
* h! t: O5 w; B$ U* x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。9 ^2 u5 R$ M6 k& q& n. B! V9 x) \
3 l1 x" G: K" }
![]()
" k+ H% ?8 }/ r! w6 n8 X8 A" W. E2 o7 X. A: @
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。8 s7 ]; y$ K1 w. B. P; v' f7 ~
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。. `3 ]1 p1 p6 N3 Y* z3 X$ t
" X; w3 K9 j5 w9 {% z' e0 b
|
|