現今的無線遙控和無線數據傳輸系統中,調幅(AM - amplitude modulation)傳輸方式仍然牢牢占據半壁江山,調幅方式指采用調制信號去控制高頻載波的振幅,使載波的振幅按調制信號的變化而變化,一般采用的調幅接收系統可分為直放式、超再生式和超外差式等,而超外差接收是相對而言最完善、穩定,產品一致性最好的方案,一般超外差式調幅接收系統包括高放、本振、混頻、多級中放、檢波及低放電路,大致功能方框圖如右:
對于產品設計和生產者來說,完成一個完整的超外差AM接收系統需要計算天線回路阻抗匹配,高放/本振線圈或變壓器設計和調整,多級中頻耦合變壓器的配合調整以及整機統調等步驟,不單對于設計工程師而言是一個不小的挑戰,而且由于多級耦合變壓器的存在也導致產品成本無法降低,另外特別對于生產線工人要求一定的操作水平和熟練程度,否則無法統調出性能優秀的整機。鑒于此,筆者在此介紹一款不需生產線調整的完整AM接收方案。
PT8R2012W是一款專門設計為遙控玩具、民用安全警報系統、交互式傳訊系統、民用遠傳測量系統等用途而使用的整合式AM接收IC,包含從高頻輸入到解調輸出所需的全部電路。該IC具有外圍元件極少,工作電壓低,耗電小,高集成度,免調整,靈敏度較高等特點。其工作電壓低至1.8-3.0V,推薦標稱工作頻率范圍10-60MHz,覆蓋了常用的SW頻段(頻點)如27MHz / 35MHz / 40MHz / 49MHz/55MHZ/64MHz等。采用基本工作線路(見圖三)時典型接收靈敏度約-85~-90dBm。經對比測試,在接收的訊號頻率不高于75MHz時對IC性能無影響。如果用戶用于更高工作頻率,將導致IC的接收靈敏度有所降低,例如用于80-90MHz時其靈敏度將可能降低5-8dBm,高于100MHz后更是銳減以致無法實用。測試中,在同樣采用1KHz訊號,調制度90%時,該芯片動態范圍優于85dB。該IC采用廉價的8引腳貼片式封裝(SOP-8),其引腳分配和內部功能框圖分別見圖二和圖四。
這款IC的顯著優點在于針對設計、生產、調試困難的訴求對IC內部作了一些相應的優化,在不降低產品性能的前提下大幅度簡化了AM接收電路的外部元器件,并實現了免調整生產。即只要元器件完好,及安裝無誤,無需任何調整,裝配完成即可工作。如圖三及圖四所示,RF訊號從1腳(RFI)輸入,經內部低噪聲放大器放大到適當幅度后與2腳(OSC)輸入的本機振蕩訊號混頻,混頻后產生的中頻訊號經外部455KHz陶瓷濾波器選頻后送入中頻放大器,然后解碼輸出,該中頻放大器與前面的低噪聲高頻放大器同時受AGC(自動增益控制)電路的控制,所以可以自動設定適當的放大量,盡量保證輸出合適的中頻電壓供給混頻電路。大致流程與標準超外差AM接收電路基本上一樣,但是其內部各個單元都有獨特的優點,下面我們一一討論。
首先來看其內部的低噪聲高頻放大器,該放大器采用寬帶輸入,取消了選頻回路。并且具有輸入阻抗低,輸出阻抗較高的優點,實測在27MHz頻率下其典型輸入阻抗約60W左右。采用極低輸入阻抗的好處是可以直接匹配天線回路,而不需要通常的天線阻抗變換電路,甚至可以直接接駁拉桿天線。這樣就繞過了天線回路的調試過程。其次,該IC內部采用新型本機振蕩電路,可以以單一引腳連接外部晶振(晶振另一引腳直接接地),這樣可以大幅節省輔助零件和PCB空間。再其次,其中頻放大器本身具有一定選頻作用,因此只要采用一個455KHz陶瓷濾波器就可以得到足夠的選擇性。IC內建中頻放大電路配合自動增益控制(AGC)電路,其放大量在0-80dB范圍內自動調節,保證整機動態范圍優于85dB。在采用一個普通455KHz陶瓷濾波器時,其-3dB帶寬約7.5KHz。值得指出的是,因為帶寬僅7.5KHz,加之在解碼輸出端需要一個RC濾波,導致調制訊號頻率無法提高,實用數據率一般不高于2KHz,加之IC內部解碼電路針對數據傳輸作了一些優化,導致解碼出的訊號的線性不會太好,因此這款IC用于語音傳輸效果不太理想,主要應用目標還是低速數據和編碼、按鍵控制訊號等。如果要試用于低端語音玩具或僅傳遞人聲的產品,可以取消解碼輸出端的RC濾波器,以及考慮將455KHz陶瓷濾波器用其它通帶稍寬的帶通濾波器代替。極限應用下甚至可以取消它,僅僅用一個數十至數百皮法的電容連通電路即可。
請看推薦的簡單應用線路(圖四),該電路由于采用了一個天線匹配回路和高頻放大器,因此此電路整體靈敏度可達-95~-100dBm以上。其中C1/C2/L2組成匹配回路,Q1/R1/L3組成寬帶放大器,這樣既可額外提供約20dB的放大量,又不需在生產時增加調整步驟。放大后的高頻訊號送入IC與2腳輸入的本地振蕩訊號混頻后從3腳輸出,通過X2的選頻作用濾除雜訊,然后經過多級中頻放大后由內部乘積式檢波器檢出被調制訊號,由8腳輸出,經外接p形濾波器濾波后給出解調后的訊號。5腳是內部AGC電路的控制端,認為提高此引腳電平可以適當提高AGC放大量,反之(增加一個電阻到地)可以減少AGC放大量。雖然整體電路已經非常簡潔,但是如果不是特別注重性能的話,還有可以減少的余地,例如可以去掉Q1/R1/L3組成的附加高頻放大器,這樣雖然整體靈敏度降低了15-20dB,但如果配用單管振蕩,一級三極管高頻放大的發射電路電路的話,還是可以保證二十米以外的傳輸距離。另外R4/C6/C7組成的外接p形濾波器也可以酌情省略。這樣就組成最簡應用線路如圖三。
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