用于RKE和TPMS系统的UHF远程控制接收器 - 全文

　　爱特梅尔公司 (Atmel Corporation) 的接收器系列产品ATA5723、ATA5724和ATA5728不仅继承其著名的超高频 (UHF) 远程控制接收芯片ATA5743的优点，而且还具有自己的特色。ATA572x系列备有三种型款，针对工业、科学和医疗 (ISM) 频带范围，其中ATA5723的频带范围为313~317 MHz;ATA5724为432~436 MHz;ATA5728为868~870 MHz。该系列器件的RF前端采用爱特梅尔的RF BiCMOS (即UHF6) 工艺制造，并采用小型SSO20封装，因而非常适合那些应用空间非常宝贵的汽车电子应用，如遥控无匙门禁系统 (RKE) 和轮胎压力监测系统 (TPMS)。这三种器件的引脚兼容，让系统设计人员开发一种线路布局即可应用于全球各地的不同解决方案。

　　

 

　　图1 典型的汽车RF应用

　　图1所示为爱特梅尔接收芯片所支持的RKE及止动器汽车电子应用。图中所示为汽车与密钥卡 (key fob) 间的信息交换。如果驾驶员按下密钥卡按钮来开启车门，其中的微控制器将把授权数据传送给UHF发送器，由它将数据发送出去。若数据被接收到，接收器将把数据传给汽车控制单元中的微控制器进行验证。如果密钥卡送出的数据与汽车的授权数据相匹配，车门就会打开。发动引擎的止动器应用流程与此类似。本文将重点讨论RF数据传输，特别是接收器一方。

　　与ATA5743类似，ATA572x系列接收器具有轮询 (polling) 功能，可让微控制器处于待机模式，从而大幅节省系统的电流消耗。在接收模式下，其工作电流消耗约为8 mA。ATA572x系列器件具有高集成度，包括完全集成的中频 (IF) 滤波器、低相位噪声的VCO、PLL和环路滤波器，因此接收性能极佳。ATA572x系列(图2)基于单独端RF输入，很适合采用1/4波长天线或用印刷电路实现的回路天线。该系列芯片支持一般应用所要求的典型协议，如曼彻斯特编码和双相位 (Bi-phase) 编码。在下面的讨论中将看到，ATA572x系列只需少数外接组件，且无需外接IF滤波器;一般只需10个无源组件、一个晶振和一个RF天线，就可创建接收器电路应用方案。此外，ATA572x系列接收器具有对数式RSSI输出，因而能确定不同发送器的信号强度，而且分辨率很高。

　　

 

　　图2 ATA572x系列框图

　　系统描述

　　ATA572x系列接收器的RF前端采用低IF超外差电路，将输入信号转换成近1 MHz的IF信号，且镜像干扰抑制能力达到30dB。RF前端由低噪声放大器 (LNA)、局域振荡器 (LO)、I/Q混频器、多相低通滤波器，以及中频放大器构成。来自LNA的信号经向下混频 (downmix) 后变成中频信号，并经完全集成的滤波电路滤波。ATA572x系列接收器的RF前端的准确构造如图2所示。

　　电路中的PLL通过一个内置低噪声LC-VCO (电压控制振荡器) 和PLL回路滤波器的全集成综合器产生混频器所需的频率。XTO (晶振) 产生参考频率fREF (对于868和433 MHz器件，fREF=fXTO/2，对于315 MHz器件，fREF=fXTO/3)。XTO是两引脚振荡器，工作于石英晶体的电压共振频率，其振荡信号属于高电流、低电压信号。因此，在晶振频率下，芯片引脚XTAL1和XTAL2上的电压很小。如图3所示，晶振应当分别从XTAL1和XTAL2经两个电容 (CL1和CL2) 接地。这种特殊的晶振结构的负阻振荡容限一般可达到1,500Ω，因此，对晶振要求不苛刻，有利于避免“停振”问题。由于ATA572x系列的负阻振荡容限大，因而可选用成本较低的晶振。

　　

 

　　图3 XTO外接元件

　　内置的LC-VCO生成fVCO，该频率为混频器频率的两倍或四倍。将VCO频率二分频或四分频，就得到混频器的I/Q信号 (对于868 MHz器件fLO=fVCO/2;对于433和315 MHz器件fLO= fVCO/4)。这个VCO频率经128或 64分频后，也提供予一个相位频率检测器，以便与fREF作比较。因此，相位频率检测器的输出要通过集成的回路滤波器，并产生VCO的控制电压。

　　

 

　　图4 ATA572x和 ATA574 ― 匹配阻抗50Ω

　　RF接收器ATA572x系列在LNA功率匹配时灵敏度最高。这样就很容易匹配SAW滤波器和1/4波长天线。图4为ATA572x系列芯片和 ATA5743芯片用于匹配阻抗为50Ω的应用电路示例。在ATA5743应用电路中，需要5个无源组件来达到最佳灵敏度。该电路必须使用电感L1、电容 C1，以及100pF电容来实现LNA输入阻抗匹配。为达到最佳灵敏度，LNA的接地连线产生的电感必须通过一个与C3形成共振的电压共振电路进行补偿。电感L3建立LNA接地的直流通道。相对而言，ATA572x系列就简单些，只需在LNA输入引脚接上两个无源组件 (L1和C1) 就可优化灵敏度。

　　表1所示为ATA5723/24接收器和ATA5743的灵敏度比较。表中是所达到的灵敏度提高。

　　

 

　　动态范围达60 dB的RSSI输出是ATA572x系列接收器的另一大特点。中频放大器信号在进入检波器前经RSSI放大器提升，而且该信号可在输出引脚取出。RSSI 输出信号在应用中用来确定处于距接收天线不同位置或距离的不同发送器的信号强度。图5给出了ATA572x系列接收器RSSI特性曲线，即信号强度 (dBm)与VRSSI的线性图表。

　　

 

　　图5：RSSI特性曲线

　　灵敏度降低功能是爱特梅尔接收器系列产品的一个成熟特性。RSSI放大器的输出电压在电路内部与一阈值电压进行比较;该阈值电压由SENS引脚处的电阻 (Rsens) 数值决定。该电阻必须连接电源 (VS) 或接地。比较器的输出馈入数字控制逻辑，由该控制逻辑来判断接收器是工作在低灵敏度状态，还是工作在最高灵敏度状态。将Rsens接地，接收器就按最高灵敏度处理信号，连接到Vtt，接收器则降低灵敏度。在实际应用中，利用这个功能就可为RKE应用定义两种不同的接收距离。

　　

 

　　图6 ATA5723演示板电路 (匹配阻抗50Ω)

　　

 

　　图7 ATA5743演示板电路 (315 MHz器件，匹配阻抗50Ω)

　　图6和图7为爱特梅尔针对ATA5723和ATA5743开发的演示板电路。两者相比，清楚地看出ATA5723所需的外接组件要少得多，仅 12个，而ATA5743则为20个。外接组件数量之所以减少有两个原因。首先，与ATA5743相比，ATA572x系列集成了回路滤波器。其次，ATA572x系列中的LNA是直接接地的，不需要任何补偿电路。而ATA5743则要求采用一个LC电路才能达到最佳灵敏度。

　　对于某些应用，镜像干扰抑制能力一般达到30dB就足够了。在这种情况下，就不需要用前端SAW滤波器。对于要求较严格的应用，就需要用SAW滤波器来实现所需的灵敏度。不带SAW滤波器时的接收频响特性如图8所示。

　　

 

　　图8 窄带接收频响

　　结语

　　ATA572x系列接收器不仅继承了ATA5743的优点，如集成中频滤波器、自轮询功能、双向数据接口、降低灵敏度要求的功能、ASK、 FSK、DATA_CLK，以及数字噪声抑制功能，而且还增加了一些功能特性，如对数RSSI输出、高集成度，以及更方便的RF匹配。这些功能相结合，使其成为RKE和TPMS汽车电子应用的灵活的接收器产品。