基于MAX7033接收器的课程设计

通信原理课程设计 题 目 ：基于MAX7033接收器的课程设计 学院名称 ：电气工程学院 指导老师 ： 班 级 ： 学 号 ： 学生姓名 ： 二0一二年六月基于MAX7033接收器的课程设计 摘 要 MAX7033完全集成的低功耗CMOS超外差接收机是接收300MHz至450MHz频段内幅移键控(ASK)数据的理想选择。这款接收机的RF输入信号范围是-114dBm至0dBm。MAX7033使用极少的外部元件并具有低电流关断模式，非常适用于对成本和功耗有严格要求的应用，如汽车和消费类电子领域。MAX7033包括一个低噪声放大器(LNA)、一个完全差分的镜频抑制混频器、一个带有集成压控振荡器(VCO)的片内锁相环(PLL)、一个带有接收信号强度指示器(RSSI)的10.7MHz IF限幅放大器和一个模拟基带数据恢复电路。MAX7033还有一个不连续的一步自动增益控制(AGC)，当RF输入信号超过-62dBm时把LNA的增益降低35dB。AGC电路可以由外部控制进入保持状态。MAX7033采用28引脚TSSOP和32引脚TQFN封装，规定工作在扩展温度范围内(-40C至+105C)。关键词：300MHz至450MHz 超外差接收器 集成镜频抑制电路 作温度高达+105C Abstract The MAX7033 fully integrated low power CMOS superheterodyne receiver is to receive an ideal choice for amplitude shift keying (ASK) data in the 300MHz to 450MHz band. The receiver has an RF input signal range is from-114dBm to 0dBm. MAX7033 use a few external components and has a low current shutdown mode is ideal for cost and power consumption critical applications, such as automtive and consumer electronics field. The MAX7033 includes a low noise amplifier (LNA), a fully differential image-rejection mixer, and one with integrated voltage-controlled oscillator (VCO) on-chip phase-locked loops (PLLs), with a received signal strength indicator (RSSI), a 10.7MHz IF limiting amplifier and an analog baseband data recovery circuit. MAX7033, there is a continuous one-step automatic gain control (AGC), when the RF input signal exceeds-62dBm reduce the LNA gain by 35dB. The AGC circuit by an external control into the hold. MAX7033 28-pin TSSOP and 32-pin TQFN package, specified over the extended temperature range (-40 C to 105 C).Key words: 300MHz to 450MHz superheterodyne receiver integrated image rejection circuit operating temperatures up to 105 C 目 录1. MAX7033芯片简介 42. MAX7033芯片封装与引脚功能 53. MAX7033内部结构与工作原理 7 3.1 晶体振荡器 7 3.2 数据过滤 8 3.3 数据限幅器 9 3.4 峰值探测器 10 3.5 功能框图 10 3.6 电压调节器 11 3.7 自动增益控制 12 3.8 锁相环 12 3.9 中频和RSSI 13 3.10 直流电气特性 134. MAX7033应用电路设计 14 4.1 MAX7033接收器的Sch电路原理图设计 14 4.2 MAX7033接收器的PCB原理图设计 15 4.3 MAX7033接收器的典型工作特性 165. 总结 18参考文献 181. MAX7033芯片简介MAX7033完全集成的低功耗CMOS超外差接收器是理想的接收amplitudeshift键控（ASK）数据在300MHz至450MHz频率范围。接收器有一个射频输入信号-114dBm的范围至0dBm。很少的外部元件和低电流省电模式下，它是理想敏感的成本和耗敏感的应用程序的典型在汽车和消费市场。 “MAX7033包括一个低噪声放大器（LNA），一个完全差分镜像抑制混频器，一个芯片phaselocked集成的电压控制回路（PLL）振荡器（VCO）的10.7MHz IF限幅放大器阶段接收信号强度指示器（RSSI）和模拟基带数据恢复电路。在MAX7033也有一个离散的单步自动增益控制（AGC），LNA增益降低35dB的射频输入信号超过-62dBm。 AGC电路提供外部控制的保留功能。MAX7033提供28引脚TSSOP封装，规定工作在扩展级（-40至+105C）温度范围。关键特性：优化为315MHz或433MHz频段工作于单电源+3.3 V或+5.0 V电源高动态范围与片上AGCAGC的保持电路1ms的AGC释放时间可选择中心频率镜像抑制可选择的X64或X32 FLO/ fXTAL比的低5.2毫安的工作电流3.5A低电流关断模式高效的电源循环250s启动时间内置44dB RF镜频抑制优于-114dBm的接收灵敏度-40C至+105C操作应用：汽车遥控、车门开关、安全系统、车库门开启、家庭自动化、远程控制、当地遥测、无线传感器。MAX7033的典型应用： 图1、 MAX7033芯片的应用电路图2. AT86RF401芯片封装与引脚功能 MAX7033采用28引脚TSSOP封装，如图1所示： 图2、MAX7033芯片引脚封装形式引脚功能描述如表1：表1. MAX7033芯片引脚功能密码名称功能TSSOP封装薄QFN129XTAL1晶体输入12、74、30AVDD正模拟电源电压。操作为+5 V，AVDD是连接到一个芯片上的+3.2 V低压降稳压器。既AVDD的引脚必须外部连接到对方。绕行每个引脚与AGND，作为一个0.01F的电容尽可能靠近引脚331LNAIN低噪声放大器输入432LNASRC低噪声放大器外部电感的退化来源，电感连接到地，设置LNA输入阻抗5、102、7AGND模拟地63LNAOUT低噪声放大器输出，通过一个连接到混频器输入滤波器LC85MIXIN11st差分混频器输入，连接到LC从LNAOUT过滤器96MIXIN22nd差分混频器输入，连接通过100uF电容AV118IRSEL镜像抑制选择，设置VIRSEL=0V到中心的形象在315MHz,拒绝给IRSEL未连接到中心的375MHz；设置V镜像抑制VIRSEL=VDD5到中心的形象拒绝在433MHz129MIXOUT330混频器输出，连接到带通滤波器的10.7MHz输入1310DGND数字地1411DVDD正数字电源电压，连接到AVDD，绕道DGND电容与0.01uF为尽可能靠近引脚1512AC自动增益控制1614XTALSEL晶体分频比选择，车道XTALSEL低到选择分压器64，或传动比XTALSEL高选择分压器321715IFIN11st差分中频限幅放大器的输入，与绕道AGND1500pF电容尽可能靠近引脚1816IFIN22nd差分中频器限幅放大器的输入，连接到一个输出10.7MHz带通滤波器1917DFO数据滤波器输出2018DSN切片机输入负面材料2119奥普同相运算放大器输入的Sallen-Key的数据滤波器2220DFFB数据滤波反馈调节，输入的Sallen-Key的数据滤波反馈2322DSP正面资料切片机输入2423VDD5+5V电源电压，对于+5V操作，VDD5是到一个片上稳压器的输入其+3.2V输出驱动AVDD2524DATAOUT数字基带数据输出2626PDOUT峰值检测其输出2727SHDN掉电选择输入，车道高到了IC，权力内部被拉低到AGND与100电阻2828XTAL2晶体输入2，也可驱动一个外部参考振荡器1、13、21、25N.C无连接参数限制（绝对最大额定值） VDD5到AGND.-0.3V至+6.0 V AVDD至AGND.-0.3V至+4.0 V DVDD至DGND.-0.3V至+4.0 V AGND到DGND.-0.1V到+0.1 V IRSEL，DATAOUT，XTALSEL，交流，SHDN到AGND.-0.3V(VDD5+ 0.3V）所有其他引脚AGND.（DVDD的+ 0.3V，-0.3V） 连续功耗（Ta =+70） 28引脚TSSOP（减免12.8mW/C以上70）.1025.6mW 32薄型QFN（减免21.3mW/C以上70）.1702.1mW 工作温度范围.-40C至+105C 结温. .+150C间 存储温度范围.-60至+150C 引线温度（焊接10秒）.+300注意：最大绝对额定值中低于以上清单中的电压将对设备造成永久性破坏。这只是个电压级别，没有包含设备功能的规范运行。可知长期最大额定值级别条件将影响设备可信度。3. AT86RF401内部结构与工作原理 3.1 晶体振荡器晶体振荡器在MAX7033设计目前之间的约3pF的电容XTAL1和XTAL2。如果晶体振荡不同的负载电容，晶体拉距其既定的工作频率，引进在参考频率错误。晶体设计操作与更高的差分负载电容总是拉参考频率较高。为例如，一个4.7547MHz的晶体设计工作一个10pF的负载电容振荡在4.7563MHz与MAX7033，导致被调整到接收315.1MHz，而不是315.0MHz，误差约100kHz或320ppm。实际上，每一个晶体振荡器拉。晶体的自然频率低于其指定的频率是真的，但与指定负载加载时电容，晶体被拉到，并在其振荡指定的频率。这拉已占负载电容的规格。额外的拉动，可以计算出，如果电晶体的参数是已知的。频率拉给出： 其中：FP是晶体频率，单位为ppm拉CM是晶体的动态电容CCASE是这样的电容CSPEC是指定的负载电容CLOAD是实际的负载电容当晶体加载指定的，即CLOAD=CSPEC，频率牵引为零。 它可以使用外部参考振荡器将晶体驱动VCO。外部交流耦合振荡器，XTAL2的一个1000pF的电容。驾驶XTAL2的一个大约为-10dBm的信号水平。ACcoupleXTAL1提供一个1000pF的电容接地。 3.2 数据过滤数据作为第二阶低通滤波器实现Sallen-Key滤波器。极点位置设置组合两个片上电阻和两个外部电容器。调整外部电容的值改变角频率，以优化不同数据传输速率。拐角频率应设置约1.5倍最快的预期数据从发射率。保持拐角频率附近的数据传输速率拒绝任何噪音，在更高的频率导致接收机灵敏度的增加。在图2所示的配置，可以创建一个Butterworth或Bessel响应。巴特沃斯滤波器提供非常平坦的幅度响应在通带和40dB/decade两个极点滤波器的滚降率。贝塞尔滤波器具有线性相位响应，可以很好地用于过滤的数字数据。来计算C5和C6的值，使用下面的公式，沿在表2的系数： FC是所需的3分贝角频率。例如，要选择一个Butterworth滤波器响应角频率为5kHz： 选择标准的电容值的变化C5到470pF的和PF，典型所示应用Circuit.filter 表2、系数的计算C5和C6过滤器类型ab巴特沃斯（Q=0.707）1.4141.000贝塞尔（Q=0.577）1.36170，618 图3、Sallen-Key低通滤波器的数据 3.3 数据限幅器数据切片的数据过滤器的模拟输出并将其转换为数字信号。这是通过使用一个比较器和比较模拟输入阈值电压。提供一个输入数据滤波器的输出。两个比较器输入访问offchip允许不同的方法产生切片的门槛，这是适用于第二个比较输入。建议的数据切片机配置使用一个电阻（R1）的DSN和DSP之间连接一个电容（C4）的DSN的到DGND（图3）。此配置平均值滤波器的模拟输出，并设置阈值，幅度约为50。同此配置中，阈值自动调整模拟信号的变化，减少的可能性在数字数据的错误。 R1和C4的值影响如何快速阈值跟踪的模拟幅度。务必保持角频率的RC电路比最低的利率预期的数据低得多。需要注意的是一个零或的长字符串可以导致阈值漂移。此配置效果最好，如果一个编码计划，如曼彻斯特编码，其中有一个0和1的数目相等，使用。为了防止在连续切换DATAOUT由于噪声射频信号的情况下，添加迟滞数据切片，如图4所示。 图4、数据限幅器的阈值生成 图5、生成数据限幅器迟滞 3.4 峰值探测器峰值检测器输出（PDOUT），结合外部RC滤波器，创建一个直流输出电压等于数据信号的峰值。电阻提供为电容放电的路径，使峰值检波器，动态跟踪峰值变化数据过滤器的输出电压。为更快的数据切片响应，使用的电路如图5所示。 图6、使用快速启动PDOUT 3.5功能框图详细说明：MAX7033的CMOS超外差接收器和一个很少的外部元件提供完整的接收从天线到数字输出数据链。根据信号功率和元件选择，数据传输速率高（66kbps33kbps曼彻斯特可以实现NRZ）的。MAX7033接收二进制ASK数据在300MHz至450MHz频率范围内的调制。ASK调制的幅度在使用差异承运人代表逻辑0和逻辑1的数据。 3.6 电压调节器为一个单一的+3.0 V至+3.6 V电源电压操作，连接到电源电压AVDD，DVDD，位VDD5。为一个单一的+4.5 V至+5.5 V电源电压操作，位VDD5连接到电源电压。片上稳压器驱动器的AVDD引脚约+3.2 V。对于正确的操作，DVDD的和两个AVDD的引脚必须连接在一起。绕行DVDD的两个AVDD的引脚到AGND与0.01F电容器放在尽量靠近尽可能引脚。低噪声放大器：LNA是一个片NMOS级联的放大器感性变性与3.0分贝噪声系数，为-12dBm的IIP3。增益和噪声的数字依赖于天线匹配网络LNA的输入和LC谐振网络之间的LNA输出与混频器输入。片感应变性是通过连接电感从LNASRC到AGND。这电感器设置输入阻抗的实部LNAIN，允许更灵活的输入阻抗匹配，例如一个典型的PC电路板迹线天线。一这与50输入阻抗的电感标称值是15nH，但由PC电路板迹线的影响。LC谐振滤波器连接到LNAOUT的包括三级和C2（参见典型应用电路）。选择三级和C2所需的RF输入频率产生共鸣。的谐振频率由下式给出： 其中：L（总计）= L3+ L（寄生）C（总计）= C2+ C（寄生）L（寄生）和C（寄生）包括电感和电容的PC板布线，封装引脚，混频器输入阻抗，低噪声放大器的输出阻抗，等。这些寄生在高频率不能忽略了，油箱过滤器上可以有一个戏剧性的效果中心频率。实验室试验应坦克的中心频率进行优化。 3.7自动增益控制当AC引脚为低时，自动增益控制（AGC）电路监控RSSI输出。由于RSSI的输出电压达到1.98V，对应RF输入水平-62dBm，LNA增益AGC的开关减少电阻。该电阻降低LNA增益35dB的，从而减少了约RSSI输出500mV的。的LNA恢复高增益模式时RSSI电平下降低于1.39V（约-70dBm RF输入）为1毫秒。 AGC有一个滞后对8分贝。与AGC功能，MAX7033能够可靠地产生ASK RF输入电平输出0dBm的18dB的调制深度。当AC引脚是高和SHDN为高电平，AGC电路被禁用的LNA总是在highgain模式。 AGC功能可以恢复将AC引脚为低电平时，SHDN为高。MAX7033功能是一个AGC锁定功能断言时的水平在AC引脚转换从低到高，而SHDN为高。锁定AGC的锁在当前的增益状态的低噪声放大器（LNA）。图1所示，AGC锁定功能可以启用或禁用只要SHDN引脚是高的。改变交流的状态当SHDN为低时，有没有效果。混频器：一个独特的特点是集成的MAX7033镜像抑制混频器。此装置消除了需要昂贵的前端看到对于大多数应用程序过滤器。不使用SAW滤波器的优点是提高灵敏度，简化了天线匹配，减电路板空间，并降低成本。混频器单元是一对双平衡混频器执行的IQ下变频到RF输入10.7MHz中频低边注入劳（即，FLO= FRF - FIF）。镜像抑制电路，然后结合这些信号，实现44分贝镜像抑制。低端由于片上镜像抑制，需要注入架构。IF输出是由一个源跟随偏颇创建的驱动点阻抗330;这提供了一个很好的匹配330陶瓷片IF滤波器。IRSEL引脚是一个逻辑输入选择之一三种可能的镜像抑制频率。当VIRSEL= 0V，镜像抑制被调整到315MHz的。 VIRSEL=位VDD5/ 2调整图像抑制375MHz，VIRSEL=位VDD5调整到433MHz的镜像抑制。“IRSEL脚位VDD5/ 2（图像排斥在内部设置375MHz）时，它被悬空，从而消除位VDD5/2外部电压的需要。 图7、AGC锁定激活环 3.8锁相环PLL模块包含一个相位检测器，充电泵，集成环路滤波器，压控振荡器，异步的64倍时钟分频器和晶体振荡器驱动。除了水晶，这个PLL不需要任何外部元件。VCO产生一个低边LO。关系之间的RF，IF和参考频率公式如下： 其中： M = 1（VXTALSEL位VDD5）或2（VXTALSEL= 0V）为了让尽可能最小的中频带宽（最好的灵敏度），尽量减少公差参考晶体。 3.9 中频和RSSI中频部分提出了差分330负载提供片陶瓷滤波器匹配。六内部交流耦合限幅放大器产生整体增益约65分贝，一个带通滤波器类型响应中心附近的10.7MHz的中频频率与3dB带宽约10MHz的。RSSI电路中频解调由生产直流输出成正比的中频信号电平的日志，坡度约14.2mV/dB。 3.10 直流电气特性 MAX7033接收器的电路中，根据电源电压的输出分别为+3.3V、+5.0V有不同的性质，具体区别可对比表3和表4：表3、+3.3V的电源电压操作参数符号条件最小 典型 最大单位电源电压AVDD，DVDD+3.3 V的标称电源电压3.0 3.3 3.6V供电电流 IDDVSHDN= DVDDFRF=315MHz 5.2 6.23 mAFRF=433MHz 5.7 6.88关断电源电流 ISHDNVSHDN=0V,VXTALSEL= 0VFRF=315MHz 2.6uAFRF=433MHz 3.5 8.0输入电压低VIL 0.4V输入电压高VIHDVDD - 0.4V输入逻辑高电流IIH 10uA图片拒绝选择电压FRF=433MHz,VIRSEL=VDD5VDD5 - 0.4VFRF=375MHz,VIRSEL=VDD5/21.1 VDD5 - 1.0FRF=315MHz,VIRSEL=0V 0.4DATAOUT输出电压低VOLISINK=10A 0.125VDATAOUT输出电压高VOHISOURCE=10A DVDD - 0.125V表4、+5.0V的电源电压操作参数符号条件最小 典型 最大单位电源电压AVDD，DVDD+5.0 V的标称电源电压4.5 5.0 5.5V供电电流IDDVSHDN= DVDDFRF=315MHz 5.2 6.4 mAFRF=433MHz 5.7 6.76关断电源电流ISHDNVSHDN=0V,VXTALSEL= 0VFRF=315MHz 3.7uAFRF=433MHz 4.2 9.0输入电压低VIL 0.4V输入电压高VIHDVDD- 0.4V输入逻辑高电流IIH 15uA图片拒绝选择电压FRF=433MHz,VIRSEL=VDD5VDD5 - 0.4VFRF=375MHz,VIRSEL=VDD5/21.1 VDD5 -1.5FRF=315MHz,VIRSEL=0V 0.4DATAOUT输出电压低VOLISINK=10A 0.125VDATAOUT输出电压高VOHISOURCE=10A DVDD -0.125V4. MAX7033应用电路设计 4.1 MAX7033接收器的Sch电路原理图设计 MAX7033接收器的电路原理图设计首先要考虑元件值的选择，以及电路各部分的工作原理，然后根据典型应用设计做出Sch电路原理图如图8： 图8、MAX7033接收器的Sch图MAX7033典型应用电路的主要元器件值如表1示。表1、典型应用电路的元件值元件FRF值 =433MHzFRF值 =315MHz描述L156nH120nHTOKO LL 1608-FHL215nH15nHLQP11AL315nH27nHLQP11AC1100pF100pF5%C2 2pF 4pF0.1pFC3100pF100pF5%C4100pF100pF5%C51500pF1500pF10%C6220pF220pF5%C7470pF470pF5%C80.47uF0.47uF20%C9220pF220pF10%C100.01uF0.01uF20%C110.01uF0.01uF20%C1215pF15pF取决于XTALC1315pF15pF取决于XTALR15.1k5.1k5%X16.5984MHz4.7547MHzX210.7MHz陶瓷过滤器10.7MHz陶瓷过滤器SFECV10.7系列 4.2 MAX7033接收器的PCB原理图设计恰当设计的PC板是一个重要组成部分任何RF /微波电路。在高频率输入和输出，使用受控阻抗线，并保持他们尽可能短，以尽量减少损失和辐射。在高频率，跟踪上的长度为了/10或更长的行为作为天线。为了/10或更长的行为作为天线。保持走线短，还可以减少寄生电感。一般来说，一台PC电路板迹线1英寸增加了大约20nH的寄生电感。寄生电感可以有一个戏剧性效果的有效电感被动元件。例如，一个0.5英寸的跟踪连接100nH的电感器增加了一个额外的10nH的电感或10。 为了减少寄生电感，使用更广泛的痕迹和坚实地面或电源平面以下的