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          基于Zigbee的CMOS無線射頻芯片的設(shè)計考慮

          作者: 時間:2010-11-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本文將以笙科電子的2.4GHz IEEE 802.15.4收發(fā)器(適用于標準,RF4CE則是的遙控器應(yīng)用規(guī)范)為例,介紹超低功率概要,從電路到系統(tǒng)觀點,說明和應(yīng)用過程中需要的地方。該的設(shè)計必須涵蓋通訊標準規(guī)格、電路的行為模式。在接收部分,介紹了2.4GHz信號從天線接收后,進入LNA放大信號,經(jīng)由混頻器、濾波器、限幅器、接收端信號強度指示器(RSSI),最后到達數(shù)字解調(diào)器,然后把接收數(shù)據(jù)存入RX-FIFO。另一方面,TX-FIFO內(nèi)的數(shù)字信息經(jīng)過VCO與雙點差異積分調(diào)制器調(diào)制,把調(diào)制后的射頻信號通過功率放大器(PA)放大,最后經(jīng)由天線輻射出去。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/156938.htm

            調(diào)制方式與PA設(shè)計

            2.4GHz Zigbee標準定義250kbps展頻(DSSS)數(shù)據(jù)傳輸速率,并采用偏移四相移鍵調(diào)制加半正弦脈波整型調(diào)制方式,其等效于最小頻移鍵調(diào)制(MSK)。相對于相移鍵調(diào)制(PSK)或正交分頻多任務(wù)(OFDM),MSK是一種恒包絡(luò)的調(diào)制方式,因此可以選用線性度不高但效率較高的PA以降低TX功耗。

            TX發(fā)射器設(shè)計考慮

            數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中,IQ調(diào)制是一種常見的架構(gòu)。該架構(gòu)將被調(diào)制的信號分成IQ成分,經(jīng)由半正弦脈波整型及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)成模擬IQ信號,再通過四相混頻器升頻至RF信號。由于IQ信號使用數(shù)字電路實現(xiàn),所以有較準確的調(diào)制指數(shù),其缺點是需要較多的電路。

            另一方面,由于2.4GHz Zigbee調(diào)制等效于MSK,而MSK可視為頻移鍵調(diào)制(FSK)的一種,所以可以利用壓控振蕩器(VCO)來實現(xiàn)頻移。由于不需要混頻器等電路,所以得以降低電路復(fù)雜度及功耗。VCO調(diào)制設(shè)計有兩種,一種為開回路,另一種為閉回路。開回路調(diào)制直接利用數(shù)據(jù)控制VCO頻率,而未使用鎖相環(huán)(PLL)或?qū)LL斷開。這樣雖可擁有較低功耗,但因頻率未被鎖住,會有惱人的頻漂問題。

            相對而言,閉回路系統(tǒng)通常采用delta-sigma調(diào)制,其方法是改變PLL除頻器的除數(shù),進而改變鎖相頻率。這種方法的VCO頻率是牢牢被鎖住的,可以解決頻漂的問題,但由于受到回路頻寬的限制,它通常適用于低數(shù)據(jù)率的系統(tǒng)。若要利用閉回路架構(gòu)達到高數(shù)據(jù)率,可以采用雙點差異積分調(diào)制器,即在差異積分調(diào)制上加入VCO調(diào)制。數(shù)據(jù)經(jīng)由差異積分調(diào)制的路徑上有低通的效果,即高頻數(shù)據(jù)會被濾掉。相對地,在VCO調(diào)制的路徑上有高通的效果。兩者互補的結(jié)果,就可完整地調(diào)制數(shù)據(jù)。

            值得注意的是,VCO的電壓對頻率轉(zhuǎn)換曲線,會因半導(dǎo)體工藝而有變異,因此需要額外的校正電路來校正頻移量。若設(shè)計的VCO有較線性的電壓對頻率轉(zhuǎn)換曲線,則可大大降低校正電路的復(fù)雜度。

            RX接收器設(shè)計考慮

            零中頻及低中頻是易于實現(xiàn)集成型接收器的兩種架構(gòu)。零中頻接收器是將RF信號降頻至基頻,然后用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號,再用數(shù)字信號處理器(DSP)將數(shù)據(jù)解調(diào)出來。由于中頻頻率為零,因此信道選擇只需要用低Q值的低通濾波器(其消耗電流也相對較小)。但零中頻接收器也有一些缺點,例如直流偏移及閃爍噪聲。為解決這些問題,必須增加額外電路,并功耗。

            低中頻接收器則是將RF信號降至適當?shù)闹蓄l,以緩解上述直流偏移及閃爍噪聲等問題。但是低中頻接收器存在映像干擾的問題,因此低中頻接收器需要映像抑制濾波器,此外信道選擇濾波器必須采用帶通濾波器(BPF),這使得濾波器所需的Q值較高,也比較耗電。

            與ODFM或PSK相比,F(xiàn)SK(或MSK)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是簡單的解調(diào)器。簡單的解調(diào)器也代表了較低功耗設(shè)計。FSK調(diào)制可用非同調(diào)解調(diào)。非同調(diào)解調(diào)器不需解調(diào)載波、不需要模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC),也不需ADC之前的線性放大器或自動增益放大器(AGC),從而可大幅降低電路復(fù)雜度及功耗。但非同調(diào)解調(diào)的靈敏度比同調(diào)解調(diào)略差1.5dB,所以解調(diào)器的選擇需依芯片接收靈敏度設(shè)計目標來取舍。



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