超外差接收器MAX1470電路調(diào)整及天線匹配

MAX1470為完全集成的低功耗、CMOS超外差接收器，用于315MHz頻段的幅移鍵控(ASK)數(shù)據(jù)。需要極少的外部元器件并提供低電流工作模式，非常適合對(duì)成本和功耗要求苛刻的汽車與消費(fèi)類產(chǎn)品。該芯片包括一個(gè)315MHz低噪聲放大器(LNA)、一路鏡頻抑制混頻器、完全集成的315MHz鎖相環(huán)(PLL)、帶有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)的10.7MHz IF限幅放大器、ASK解調(diào)器以及模擬基帶數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。其評(píng)估板電路已經(jīng)在工廠經(jīng)過(guò)調(diào)整和測(cè)試，為用戶提供了一個(gè)參考設(shè)計(jì)，可獲得最高靈敏度。但評(píng)估板設(shè)計(jì)工作315MHz，如果實(shí)際要求工作在不同頻率或使用用戶自行設(shè)計(jì)的PCB時(shí)，則需要“調(diào)整”電路。本文介紹如何進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

圖1所示為基于MAX1470的典型電路，為了改善RF性能，可以對(duì)三部分電路進(jìn)行調(diào)整：

● LNA槽路調(diào)整 ;

● 輸入匹配和電感 ;

● 晶振牽引 。

調(diào)整LNA槽路

連接在LNAOUT的LC槽路濾波器由L1和C9組成，選擇L1 = 27nH，C9 = 4.7pF，使槽路諧振在315MHz RF輸入頻率。諧振頻率由下式確定：

LTOTAL和CTOTAL包括L1、C9以及PCB引線、封裝引腳的寄生電感和寄生電容，另外還包括混頻器輸入阻抗、LNA輸出阻抗等，這些寄生參數(shù)對(duì)槽路濾波器的中心頻率影響較大，不可忽略。

為了獲得電路的最高靈敏度輸出，需要使槽路諧振頻率盡可能接近315MHz (或其它目標(biāo)頻率)。因此，用戶需要確定電路板的實(shí)際諧振頻率，然后調(diào)整元件參數(shù)。最好先去掉晶體，直接由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生晶振頻率，幅度大約為50mVp-p。RF信號(hào)幅度設(shè)置為-70dBm，監(jiān)測(cè)RSSI輸出(19引腳)。RSSI輸出在諧振頻率處達(dá)到最大，因此很容易找出諧振頻率。將RF頻率提高640kHz，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率提高10kHz。更改兩個(gè)頻率后，RSSI幅度會(huì)隨之變化，偏離最大值。比如，假設(shè)諧振頻率為345MHz (而不是315MHz)，如果引線電感為5nH (與PCB引線長(zhǎng)度有關(guān))，LTOTAL=32nH，315MHz對(duì)應(yīng)的CTOTAL為7.98pF。由于實(shí)際諧振頻率為345MHz，實(shí)際CTOTAL為6.65pF，為了使振蕩頻率落在315MHz，CTOTAL必須增大1.3pF，即C9應(yīng)為6pF。

調(diào)整輸入匹配和負(fù)反饋電感

片外電感的影響可以通過(guò)連接在LNASRC (4引腳)和AGND之間的電感L3 = 15nH消除，該電感(除評(píng)估板PCB的7nH引線電感外)使LNAIN輸入阻抗的實(shí)部置為50Ω。C7為隔直流電容，應(yīng)盡可能選擇大電容(100pF甚至更大)。由于LNA輸入可以等效為一個(gè)50Ω電阻(只要L3 = 15nH，引線電感為7nH)與2.5pF電容串聯(lián)，LNA的S11可由下式給出：

S11 = 50-j200 (315MHz)或S11 = 50-j145 (433.92MHz)。

選擇L2確保與LNA 50Ω輸入阻抗(或其它天線阻抗)匹配。因此，為了使MAX1470與50Ω天線匹配，只需要抵消虛部-j。利用L2可以方便地滿足這一要求，L2取值為(315MHz時(shí))：

L2 = 200/2 × 3.14 × 315e6 = 100nH

借助網(wǎng)絡(luò)分析儀觀察S11可以更好地實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，將網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試口功率設(shè)置為-30dBm，以避免輸入飽和。圖2顯示了不是最佳匹配狀態(tài)下的電路板的S11，S11調(diào)諧在355MHz (而不是315MHz)。

如果將電感從100nH更改為355/315×100=120nH，則可得到更好的匹配，如圖3所示。

晶體牽引

因?yàn)镸AX1470使用10.7MHz中頻作為低端注入頻率，晶體頻率由下式確定(單位均為MHz)：

對(duì)于315MHz應(yīng)用，晶體頻率為4.7547MHz;對(duì)于433.92MHz應(yīng)用，晶體頻率為6.6128MHz。

如果電路板提供的負(fù)載電容與設(shè)計(jì)中晶體的負(fù)載電容不同，將會(huì)導(dǎo)致晶體頻率牽引，偏離規(guī)定的工作頻率，在參考時(shí)鐘內(nèi)引入頻率誤差。這時(shí)，需要通過(guò)增加外部電容修正負(fù)載電容，從而將晶體頻率拉回到目標(biāo)頻率。

串聯(lián)一個(gè)牽引電容，將提高晶體頻率;反之，并聯(lián)一個(gè)電容將使晶體頻率降低。評(píng)估板上的等效電容為5pF，使用負(fù)載電容為3pF的晶體時(shí)，需要串聯(lián)兩個(gè)電容(2×15pF)使頻率提高。如果不使用這些電容，4.7547MHz晶體的實(shí)際振蕩頻率為4.7544MHz，導(dǎo)致接收器諧振在314.98MHz，而不是315.0MHz，存在20kHz，即60ppm的誤差。對(duì)于特定的PCB，由于不知道具體的等效電容，可利用頻譜分析儀監(jiān)測(cè)IF (確認(rèn)頻譜分析儀通過(guò)隔直流電容接入電路)，然后通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)電容的方法，使IF頻率“調(diào)整”到10.7MHz。