小功率VHF无线通信接收器MICRF004及其应用
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关键词：无线通讯 接收器 小功率 MICRF004
1 概述
MICRF004 是Micrel公司最新推出的小型单片无线通信接收器集成电路。它是为甚高频段（VHF频段）的无线通信应用而专门设计的无线接收器件。利用 MICRF004可真正实现单片化“无线输入、数据输出”功能。所有射频（RF）和中频（IF）的调整均可在器件内部自动完成，
因而可极大地降低开发成本，缩短产品市场化的进程。另外，由于MICRF004的效率和可靠性都非常高。所以，它是目前无线通信应用领域成本最低的单片解决方案。
MICRF004 的使用非常方便。它可以提供固定和扫描两种基本的操作械。在固定操作模式时，MICRF004的功能就像一个具有固定本振频率的传统超外差式接收机，其内部本振操作频率由外部晶振提供。固定模式通常用在发射能被晶体或SAW（声表面波）器件精确控制的场合；在扫描操作时，MICRF004将在此基带数据比率更大的范围内扫描本振频率，从而有效拓宽了接收机的RF带宽。因此，MICRF004无需专门的调谐电路便可接收简单廉价的LC发射机所发出的信号，而且甚至可以将接收范围拓宽到超外差范围。在这种模式下，系统便可用±0.5%的廉价陶瓷器件来代替昂贵的石英晶体作为参考。
关断控制是MICRF004的一个重要特点，利用这一特性可以在周期操作（duty-cycled）和唤醒输出出现RF信号时为其提供逻辑指示，并使MICRF004能够适应小功率和极小功率的方面应用，比如RKE（remote keyless entry）和RFID（RF identification）等系统。
MICRF004 可为系统解调器提供所有的数据滤波功能，这便省去了以往所必需的外部滤波器。MICRF004内含四个滤波器，其中之一在数据速率带宽范围内采用了编程方式。MICRF004在扫描模式时，其二进制带宽范围为0.55kHz～4.4kHz，而在固定模式，其带宽范围为1.1kHz～8.8kHz。
另外，MICRF004还有如下主要特点：
●在单片上集成了全部的VHF接收功能；
●频率范围可达140MHz～200MHz；
●单极天线接收时，其典型接收距离为200米；
●在扫描模式时，其数据速率为2.5kb/s；而在固定模式时，其数据速率为10kb/s；
●可自动调整，无需人工调谐；
●无需外部滤波器；
●在150kHz时，其电源操作电流低达240μA；
●可用微处理器或使能编码器来唤醒操作；
●具有标准的Ics CMOS逻辑接口；
●具有极低的RF天线再发射特性；
MICRF004是为甚高频段（VHF频段）无线通信应用而专门设计的天线接收专用集成电路。因而可广泛用于汽车遥控、元距离射频接收、远程风扇和灯光控制以及汽车大门的自动开启和控制等方面。
2 引脚排列和功能
MICRF004采用16脚DIP或SOP封装形式，图1所示是它的引脚排列，各引脚的功能说明如表1所示。
表1 MICRF004的引脚功能说明
| 引脚号 | 引脚号 | 功 能 说 明 |
| 1 | SEL0 | 带宽选择Bit0输入脚。可以和SEL1一起来组合设置解调滤波器的带宽 |
| 2，3 | VSSRF | 输入端RF信号模拟部分地 |
| 4 | ANT | 天线输入端。高阻抗，在器件内部用交流耦合的方式连接到接收器的输入上，在将接收天线与该端连接时，将在器件的FET门输入上产生大约2pF的寄生电容 |
| 5 | VDDRF | 输入端RF信号模拟部分电源。用于为器件的射频电路部分提供电源，应将VDDRE和VDDBB连接在一起，并应通过低等效电感和低等效电阻的电容器和VSSRF相连，且连线应尽可能短 |
| 6 | VDDBB | 输入端基带数字电源；用于为器件的基带电路部分提供电源。使用时，应将VDDRF和VDDBB连接在一起 |
| 7 | CIH | 外部电容接入端；该外部电容的主要作用是维护内部比较器输入端直流电平上的解调滤波形 |
| 8 | NC | 不用 |
| 9 | NSSBB | 输入端基带数字地；一般接至基带部分的电源 |
| 10 | DO | 数字信号输出端；用于输出与CMOS电平兼容的数字信号 |
| 11 | SHUT | 关断模式逻辑电平控制输入端；输入低电平时可使能接收器。该输入将在器件内部被上拉到VDDRF |
| 12 | WAKEB | 唤醒输出；当监测到RF信号时激活输出以唤醒器件，该输出信号与CMOS电平兼容 |
| 13 | CAGC | 自动增益控制外部电容接入端；所接的外部电容可与器件内部的AGC电路一起来对器件的增益进行自动控制 |
| 14 | SEL1 | 带宽选择Bit输入脚。可以和SEL0一起来组合设置解调滤波器的带宽 |
| 15 | REFOSC | 外部参考振荡器接入端，可在该脚和VSSBB脚之间连接陶瓷振荡器或晶体振荡器，也可以直接输入0.5VPP的参考时钟信号 |
| 16 | SWEN | 扫描模式使能输入端；用于对扫描操作模式和固定操作模式进行输入控制。当VSWEN为高时，MICRF004为扫描模式；当VSWEN为低时，接收器工作普通的超外差式接收状态。该脚信号将在内部被上拉的VDDRF |
3 工作原理
MICRF004 的内部工作原理框图如图2所示。从图中可以看出：MICRF004由UHF下变频器、OOK解调器、参考和控制、以及唤配电路等部分组成。同时图中还画出了CTH、CAGC引脚钱的电容以及REFOSC引脚外的参考振荡器。这些外部器件便是利用MICRF004来构成UHF接收器所需的元件。 MICRF004具有SEL0、SEL1、SWEN和SHUT等4个控制输入引脚，利用这四个引脚，用户可以对MICRF004的操作模式进行设置选择。这些引脚内部均有上拉电阻，且其输入均与CMOS电平兼容。
3.1 带宽选择
利用SEL0和SEL1引脚可以对MICRF004的解调器带进行选择设置，在扫描模式时，其可选择的频率带宽范围为550Hz～4400Hz，而在固定模式，其可选择的频率带宽范围为1100Hz～8800Hz。表2给出了MICRF004的解调器带宽选择方法。
表2 MICRF004的带宽选择方式
| SEL0 | SEL1 | 解调器带宽 | |
| 扫描模式 | 固定模式 | ||
| 1 | 1 | 4400Hz | 8800Hz |
| 0 | 1 | 2200Hz | 4400Hz |
| 1 | 0 | 1100Hz | 2200Hz |
| 0 | 0 | 550Hz | 1100Hz |
3.2 模式选择
利用SWEN脚的输入电平可以对MICRF004的操作模式进行控制。当SWEN脚的输入为高电平时，器件选择扫描模式；而当SWEN脚为低电平时，器件选择固定模式。在固定模式时，MICRF004采用通常的超外差接收方式进行工作。
●固定操作模式
如果发射系统采用的是象SAW发射机那样比较稳定的发射设备，那么，MICRF004便可选择一般的超外差式固定操作模式进行接收工作。固定模式所能接收的信号频率范围较窄，但数据速率相对较高，通常可以达到10kb/s以上。
●扫描操作模式
在扫描模式，MICRF004仍然采用扩展的超外差方式进行工作，但是需要在LO本振调制下进行，这时的扫描速率要比普通的数据速率高一些。采用扫描方式可以有效地拓宽MICRF004的射频带宽。并且可以使器件在外部发射频率和接收频率都不是十分准确的情况下正常工作。采用LO本振调制方式并不影响系统的中频带宽，而且相对于固定操作模式来说，扫描模式在中频抗噪声方面的性能也没有多大的减弱。因此，无论是在固定操作模式还是在扫描操作模式，它们的IF带宽均为500kHz。但是，LO本振调制将对速率产生影响，在扫描模式时，其速率上限大约为2.5kb/s。
3.3 参考振荡
MICRF004的所有定时和调谐都是在器件内部的参考振荡器的基础上进行的。这些调谐操作可以在REFOSC引脚通过下列三种方式之一来进行：
（1）连接一个陶瓷共鸣器；
（2）连接一个石英晶体振荡器；
（3）用一个外部的定时信号来驱动REFOSC引脚。
如果用晶体振荡器或者陶瓷共振器控制下的微处理器来产生振荡信号，也就是说系统的信号频率比较精确时，以上三种方法对于降低系统成本是非常有用的。
3.4 唤醒和关断
MICRF004 中唤醒电路的主要作用是为了减少整个系统的电源功耗。WAKEB为逻辑信号输出端，当系统在检波输出信号中监测到有RF载波时，WAKEB端输出低电平信号。该输出能够在发现RF信号时用来使能数据解码器和微处理器等外部电路。当然，只有在系统处于关断模式时，才能使用唤醒功能。
唤醒功能包含在器件内部的一个可恢复计数器中，它采用2.34kHz内部时钟。该时钟由一个内部6.0MHz的参考频率产生。当这个23.4kHz时钟被监测到时，系统将在5.12ms(在25kHz时需过128个时钟周期)之后使WAKEB端进入低电平，并一直持续到数据开始。这5ms的持续时间非常珍贵，它可以极大地系统监测减少的出错率。而且不需要对信号进行转换补偿。因此，用这种方法来完成唤醒功能是非常方便的。
关断功能是由SHUT脚的逻辑状态来控制的。当V SHUT为高时，系统进入低功耗待电模式，此时的待电电流低于1μA。
4 应用电路
4.1 典型应用电路
MICRF004 可用于多种无线通信应用领域。图3是MICRF004用于150MHz 1200b/s开关键控接收器的典型应用电路。该典型应用电路十分简单，所用的外围元件很少，它采用4.85MHz陶共鸣器作外部振荡器。CAGC引脚外 4.7μF电容器的作用是用来和器件内部的AGC电路一起来对MICRF004的增益进行自动控制。而CTH引脚上的0.047μF电容器则用来维护内部比较器输入端直流电平上的解调波形。该电路采有+5V电源电压进行工作。
4.2 实际应用电路
图4是一个用MICRF004来设计150MHz 1kb/s开关键控接收/译码器的实际应用电路。该电路可在非工作周期情况下进行连续地接收扫描。它被设计成扫描模式，具有6个地址解码位和2个输出编码位。
在图4电路中，U1为MICREL公司的小型单片无线通信接收器MICRF004，U2则选用HOLTEK公司的HT-12D逻辑解码器，电路工作频率为 150MHz，因而选用较为廉价的陶瓷共鸣器来产生参考振荡频率信号。调节陶瓷共鸣器、本振电容C4以及天线的长短可以使电路达到最好的接容选用 8.2pF的陶瓷电容器。需要说明的是，电源滤波电容C1具有两种接地方式：如果将C1接地的一端接至模拟地，那么电容将工作在RF频率段；而如果将C1 的接地一端接至数字地，则电路将工作在基带频率范围。
实际上，该电路的数据速率是可以通过R1来进行调整的。在数据速率为1kb/s时，R1的取值为68kΩ。电路中的使用R2的作用主要是为红色指示发光二极管提供限流偏置，选用1kΩ的普通电阻即可。
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