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电子电路大全(PDF格式)-第74部分
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·74 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
1。11 310MHz～440MHz ASK 发射器芯片U2745 的
原理与应用电路设计
1。11。1 概述
U2 745B 是专门为满足低成本数据通信要求而开发的一个 PLL 发射机芯片。其数据率可
达 20 kBaud ，发射频率范围是 310MHz～440MHz ，可用于 ASK 系统。U2745B 是只用几个
外接元件的单片发射机解决方案；成本比通常用 SAW 和晶体管分立元件的方案更低；SO16
封装。电源电压为 2。0V～4V ，温度范围为 …40 ℃～＋85 ℃；“单端集电极开路”输出，可以
使用分立元件方案中相同的天线，与磁性环状天线的适配更简单；晶体振荡器输出可用于给
（微控制器）
uC 提供时钟，与 M44C090/M44C890 等微控制器配套使用，可得到最优系统费
效比；与 SAW 方案比较，发射频率准确度更高，允许接收机工作在比 SAW 谐振器可能做到
的更窄的带宽上。配套用接收芯片U3745 。
1。11。2 主要性能指标
U2745 的主要性能指标如表 1。11。1 所示。
表1。11。1 U2745 的主要性能指标
数 值 单 位
参 数
最小 典型 最大
频率范围 310 440 MHz
输出功率 1。5 3 5 dBm
数据速率 20 kBaud
ASK 频率调制率 0 20 kHz
晶振频率 13。56 MHz
f XTO = 13。56 MHz 80 Ohm
晶振串联谐振电阻
f XTO = 9。84 MHz 100 Ohm
回路带宽 100 kHz
VCO 频率范围 310 44 MHz
输出时钟频率 f 0 /128 （MHz）
ASK 输入低电平 0。3 V
ASK 输入高电平 1。7 V
电源电压 2。2 4 V
电流消耗 10 12。5 mA
低功耗电流 2 10 uA
工作温度 …40 85 ℃
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第1 章 射频发射器芯片原理与应用电路设计 ·75 ·
1。11。3 芯片封装与引脚功能
U2745 采用 SO16 封装，引脚封装形式如图 1。11。1 所示。引脚功能如表 1。11。2 所示。
图 1。11。1 U2745 引脚封装形式
表1。11。2 U2745 的引脚功能
引脚 符号 功 能 引脚 符号 功 能
1 ASK ASK 调制输入 9 NC 空脚
2 EN 使能输入 10 XTO1 接晶振
3 VCC 电源电压 11 PWRGND2 电源地2
4 CLK 时钟输出 12 PWRGND1 电源地 1
5 GND 地 13 ANT 射频输出
6 LFVCC VCO 电源电压 14 PWRVCC 功率放大器电源
7 LFGND VCO 地 15 PWRSET VCC 控制
8 LF PLL 回路 16 GND 地
1。11。4 内部结构与工作原理
U2745 内部结构框图如图 1。11。2 所示。芯片内包含射频功率放大器（PA ）、晶体振荡器
（
XTO ）、压控振荡器（VCO ）、相频检波器（PFD ）、分频器、充电泵（CP ）、电源控制电路
（
Power up ）等电路。锁相环（PLL ）合成器由压控振荡器（VCO ）、分频器、相频检波器、
充电泵和回路滤波器等组成。
U2745 功率放大器单端集电极开路输出，不要求负载阻抗必须是平衡的，简化了与任何
形式的磁性环状天线或 λ / 4 天线的适配。
VCO 和 XTO 的频率可选择 13。56MHz （美国是9。844MHz ）。可使用特小型的 13。56MHz
SMD 晶体。晶体振荡器的建立时间很快（13。56MHz 时小于 1。5ms）。因此，发射机 IC 锁定
需要 5ms～10ms 的等待时间。
当 EN = VS 时U2745B 工作。VASK 必须保持 0V/5ms 。输出功率被引脚端ASK 调制。在
发射期间编程 VEN = VS 。ASK 输入激活功率放大器和 PLL 电路。
晶体振荡器的时钟输出可以用做微控制器uC 的时钟信号，时钟频率为 3。39MHz 。
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·76 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
图 1。11。2 U2745 内部结构框图
1。11。5 应用电路设计
U2745 的典型应用电路如图 1。11。3 所示。
图 1。11。3 U2745 的典型应用电路
典型应用建议采用下述元件值：
C4、C5、C6 是隔直流电容，其值与印制板布局有关，一般取 C4=1nF，C5=1nF，C6=22nF 。
选择 CLOOP1 ，CLOOP2 使天线振荡在谐振频率上，CLOOP1 ，CLOOP2 也起阻抗变换作用。
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第1 章 射频发射器芯片原理与应用电路设计 ·77 ·
LFeed 是为天线提供 DC 电源的电感，典型值LFeed= 220nH 。LFeed 可以印制在 PCB 板上，
也可用分立元件。
输出功率可以通过图 1。11。4 所示电路测量。图 1。11。4 中L10 、C10 的数值与PCB 的排版
有关。
L10 、C10 将芯片的输出阻抗转换为 50Ohm的网络。对应2mW 输出功率和 RPWRSET=1。2 kOhm
时，L10 、C10 的值如表 1。11。3 所示。
表1。11。3 对应2mW 输出功率和RPWRSET=1。2 kOhm时L10、C10 的值
f /MHz C10/pF L10/nH Zload_opt/Ohm
315 2。7 56 260＋j330
433。92 1。8 33 185＋j268
图 1。11。4 输出功率测量电路
使用 U2745B 时应注意：在有限的空间应用时，允许的天线长度 L 小于波长λ，建议采
用磁性环形天线，以避免使用者手的影响辐射场。环形天线的主要参数就是要求一个强电流，
以便在环内区域形成一个磁场。一些参数介绍如下：
天线的辐射电阻 Rrad 为：
2
A
R 31k
rad = Ohm× 2
λ
式中：A 为环形天线包围的面积，λ为发射波长。
发射功率与 Rrad 的值有关，辐射功率是Iloop 、I2loop 和 Rrad 的乘积。
3
η f A 2
=
式中：η为天线效率；A 为环形天线包围的面积。
天线效率 η 是面积A 的函数，意味着等效辐射功率和输出的驱动功率 Pout IC 之间的有关
系。
ERP =η×Pout IC
式中：ERP 为有效发射功率；η为效率。
环形结构的等效电路如图 1。11。5 所示。
图 1。11。5 环形结构的等效电路
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·78 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
LLoop ≈8nH / cm ×1（w =1mm） ≈30 to 60 nH
ωL
QL = Loop ≈30 ~ 50
R
Loss
式中：RLoss 为损耗电阻；Rrad 为辐射电阻。
等效电路（见图 1。11。5）画出了在计算时必须考虑的部分，电感值范围与环的长度小于
波长条件有关，RLoss 取决于电感的损耗。
为获得最优性能，设计和布板时，天线环包围的面积尽可能大；愈靠近环的边沿，场密
度愈高，因此，整个电路所必须保证环的边沿留有足够的空间；设计的形状应该近似于正方
形。
图 1。11。6 天线形状的设计
设计天线必须与驱动输出相匹配，以便获得最大电流，因此，输出驱动要调整，最佳负
载阻抗约为 500Ohm，同时应考虑输出端的约 0。9pF 的输出电容，环形天线要与此值匹配。这个
结果用 Zload opt 描述：
Z load opt （433。92MHz） =185＋j268
Z load opt （315MHz） =260 ＋j330
外部电路必须工作在并联谐振状态，并调谐到发射频率上，最终的阻抗与要求相适应。
匹配电路如图 1。11。7 所示。
图 1。11。7 匹配电路
将Z ｜｜ （并联谐振阻抗）转换为Zload=Rload opt ，电容 Cmatch1 和 Cmatch2 ，按下面公式实现这
个转换：
Z ｜｜ =Q ×2πf ×LLoop
Z =r 2 ×Z
｜｜ out
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第1 章 射频发射器芯片原理与应用电路设计 ·79 ·
1 C ×C
C = = match1 match2
｜｜ 2
ω0 ×LLoop Cmatch1 ＋Cmatch2
C ＋C
match1 match2
r = → = ×
C r C
match1 ｜｜
C
match2
式中：r 为比例系数。
2
实例：天线环长度=5cm ；天线面积= 4。5cm ；Lloop=40nH ；Q= 40 （估算值）；Rloss=2。7Ohm；
Rrad=0。026Ohm；η = Rrad/Rloss=1％ ；Z ｜｜ = 4。4 kOhm。Cmatch1 = 6。8/8。2/10/12/15 pF （2％） ；Cmatch2 = 2 到
6pF 微调电容。
印制板设计布局时还应考虑隔离，以便使电源上的波纹最小，还要注意如下事项：电池
输入端口要跨接电容（100pF 陶瓷电容），以避免电压干扰及纹波；电源芯片输入端要跨接电
容（10nF 陶瓷电容），以抑制波纹，一定要使每一种电压（VCC 、LFVCC 、PVCC ），分别单
独连接到电源输入端口，然后也用电容旁路到各自的地（GND、LFGND 、PGND ）；应在印
制板背面布一地平面，用过孔与之相连，以达到旁路目的。
在混合信号电路中，必须将数字电路和模拟电路分开，微控制器要与发射电路的 RF 部
分分开设计；环路滤波器的接地部分要靠近 LFGND 。
印制电感L1 是作为馈电电感用，印制电感的电感量用下式计算：
L ≈49。2 ×N 2 ×rav ＇nH＇
式中：N 为圈数；rav 为直径（平均），以 cm 为单位（使用面积约为 5mm ）。
…6
ASK ：发射频率由晶体Q1 和电容 C3 共同决定，晶体的允许偏差为 100×10 。
ASK 发射时序如图 1。11。8 所示，发射芯片是由 V =Vs 激活的，V 保持 0V，然后芯
EN ASK
片开始工作，XTO 和 PLL 工作。5ms 后，输出功率即可受 ASK 引脚端的调制。在发送信息
期间，V 保持= Vs 。要停止发射，置 V =0V ，然后，使 V =0V ，发射机停止工作。
EN ASK EN
图 1。11。8 ASK 发射时序图
1。12 310MHz～330MHz ASK/FSK 发射器芯片T5753
的原理与应用电路设计
1。12。1 概述
T5753 是 ATMEL 公司推出的采用 PLL （锁相环）结构的单片UHF ASK/FSK 发射器，
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·80 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
是专门为满足低成本数据通讯的要求而开发的。其数据传输速率可达 32 kBaud，发射的频率
范围从 310MHz～330MHz，ASK/FSK 调制。当工作电流 9mA 时输出功率 8dBm，单端天线
输出，CLK 输出端能给微控制器提供时钟，电源电压 2。0V～4。0V ，采用 TSSOP8L 封装。配
套接收器芯片有 U3741B/U3745B/T5743/T5744 。
1。12。2 主要性能指标
T5753 主要性能指标如表 1。12。1 所示。
表1。12。1 T5753 主要性能指标
数 值
参 数 符 号 单 位
最 小 典 型 最 大
频率范围 f 310 330 MHz
输出功率 P 6 8 10。5 dBm
FSK 数据速率 RFSK 32 kBaud
FSK 频率调制率 0 32 kHz
ASK 频率调制率
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