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基于TH7122和TH71221集成电路的高速数据通信技术

电子设计 来源: Melexis公司 作者: Melexis公司 2021-04-12 15:48 次阅读

本应用笔记介绍了TH7122和TH71221集成电路的高速数据通信。它简要介绍了直接调制的概念,并描述了收发器电路的PLL和接收器设置。

直接调制简介

TH7122x收发器的数据手册通过切换晶体的负载电容来显示FSK的产生。由于数据信号调制PLL的参考频率,我们可以称其为间接调制。此方法适用于高达20 kbps NRZ(不归零)代码或10 kbps RZ(归零)代码的数据速率,并且具有FSK响应低至DC的优势。缺点是PLL带宽必须约为调制频率fm的5倍,因此参考频率fR必须很高才能充分抑制参考杂散。根据经验,PLL的参考频率应至少为环路带宽的10倍。由于参考频率等于TH7122x中使用的整数N PLL中的PLL通道间隔,因此只能将发送器设置为有限数量的不同通道。

如果需要高速数据传输(即高FSK数据速率)或较小的信道间隔,则应使用另一种技术。这种方法称为VCO的直接调制,因为VCO控制电压与调制信号结合在一起,以便在环路带宽之外进行调制。在这种情况下,PLL不跟踪调制信号。因此,有必要使用较小的PLL带宽并在环路带宽之外调制VCO。唯一的缺点是FSK响应不会扩展到DC(除非将其与对参考的调制结合在一起)。在这种情况下,数据格式不应包含DC分量。可以使用两阶段代码或曼彻斯特代码。如果使用使用NRZ码的数据突发,则1s与0s的比率必须保持较小。

PPL设置

为了设计PLL滤波器,有必要了解相位检测器常数和VCO调谐灵敏度,使其接近所需频率。有两种确定KVCO的方法:

1.用电位计(例如10kΩ)或电源上的可变电压调整VCO,并使用计数器或频谱分析仪测量输出频率。只需将可变电压通过100kΩ电阻连接到TH7122x的引脚23即可完成。使用该软件通过个人计算机对TH7122x进行编程,将其设置为传输模式,VCOCUR设置为“ 11 –高2电流”,PACTRL设置为“ 1”,这样PA始终处于打开状态。调整调谐电压并测量输出频率。

2.使用评估板中的环路滤波器,将TH7122x设置为在发射模式下以所需的频率工作。将高阻抗数字电压表连接到电荷泵输出的引脚23。使用TH7122x软件,将变送器设置为工作频率附近的频率,并测量每个频率下的调谐电压。注意,引脚23上的电容性和电阻性负载应尽可能低,因为该节点直接影响PLL的整体稳定性。

图1中显示了433.92 MHz评估板上的调谐曲线。在本示例中,可以看出434 MHz附近的调谐电压斜率通常约为22 MHz / V。

应该注意的是,VCO增益也高度取决于PCB的布局。VCO储罐的每个附加寄生电容负载都会降低内部变容二极管的调谐范围,从而降低VCO的增益。

第二个设计参数是相位检测器KPD的增益。此参数与电荷泵电流ICP成正比,默认情况下为260 µA。将字寄存器“ A”中的CPCUR位置1可以改变电荷泵电流。

pIYBAGBz-t2AKeaaAABpz7ep9t0840.png

TH7122中心频率为430 MHz的VCO调谐曲线

推荐的环路滤波器拓扑是二阶的,如图2所示。从滤波器传递函数F(s)中,我们可以获得零和非DC极点频率:

[tex]ω_ {z} =分数{1} {R_ {F} hspace {1mm} cdot hspace {1mm} C_ {F1}} [/ tex]

[tex]ω_ {p} =分数{C_ {F1} + C_ {F2}} {C_ {F1} cdot C_ {F2} cdot R_ {F}} [/ tex]

闭环配置中PLL的3 dB带宽大约等于环路滤波器的过渡频率ωT。由于在大多数情况下CF2比CF1小得多,因此可以按照以下描述近似估算ωT:

[tex]ω_ {T} =分数{K_ {PD} cdot K_ {VCO} cdot R_ {F}} {N} cdot frac {C_ {F1}} {C_ {F1} + C_ {F2}}近似分数{K_ {PD} cdot K_ {VCO} cdot R_ {F}} {N} [tex]

其中N代表反馈分频器的值。对于稳定的环路,可用的相位裕度非常重要。它应该在45到70度之间。为了确保在过渡频率ωT处有足够的相位,零频率应位于比极点频率ωT高出M倍的M倍以下。如所提到的,因数M为4给出大约60度的相位裕度。当M = 2.5时,相位裕度约为45度。

o4YBAGBz-umAGJW1AAAtszUc29s006.png

二阶环路滤波器

该近似值对于计算环路滤波器元素非常准确。通常,使用此计算方法,可用分量值之间的步长大于误差,因此无需使用更复杂的精确公式。

接收器设置

数据手册中使用的标准接收器电路在NRZ高达40 kbps的情况下仍能正常工作,但需要进行修改以提高数据速率。由于OUT_DEM(引脚6)的输出电阻为275kΩ,因此输出上的任何杂散电容都会限制频率响应,因此需要对其进行加载以减小其等效电阻。由于解调器的标称输出电压为½VCC,因此应使用相等的接地电阻和VCC。这些在图3中显示为RL1和RL2。

pIYBAGBz-veAN0xdAAH-Gjo2wjU135.png

TH7122x直接VCO调制的电路原理

当负载电阻RP为10kΩ时,FM鉴频谐振器CERRES的带宽非常小。对于低数据速率,这是令人满意的,但对于50 kHz及更高的调制频率,则会导致信号丢失和检测器输出低。为了调制115 kHz的频率,将Rp设为kΩ,以获得更高的检测器频率响应。

编辑:hfy

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