【应用】FSK/FM/ASK收发器IC HT7122x系列在VCO(压控振荡器)设计中的应用
TH7122x（包括TH7122和TH71221）系列为MELEXIS旗下单片FSK/FM/ASK收发器IC，设计用于低功耗多通道可编程或单通道独立半双工数据传输系统，可用于汽车、工业科学医疗（ISM）、短程设备（SRD）或在300兆赫至930兆赫频率范围内工作的类似应用。TH7122x收发器用于SRD的输出功率和灵敏度能够满足多种应用的需求。它们可以提供高达10dBm的输出功率，并且在FSK模式下的灵敏度高达-105dBm。本文主要介绍HT7122x系列收发器在VCO(压控振荡器)设计方面的应用，分为标准FSK VCO、标准ASK VCO、带有外部变容二极管的VCO以及外部VCO等设计电路。
如果TH7122x的内部变容二极管在Vcc=3.0V时对VCO进行调谐，则调谐比为fmax/fmin≤1.135。若Vcc=5.0V，该比率约为1.191，这将决定是否需要外部变容二极管。例如，在10.7MHz IF（中频）的27MHz操作下，接收器中的VCO频率将达到37.7MHz。这使得fmax/fmin=1.40，因此需要外部变容二极管。此外，超级调谐二极管可以实现高达2：1的调谐比。
对VCO进行调谐的另一个考虑因素是调谐电路阻抗。VCO是负电阻振荡器，其电阻随着频率的增加而降低。通过减少谐振电路损耗来增加谐振的Q值可以有效改善其噪音，另一方面，线圈电感必须很小，以便具有低调谐电路阻抗，这意味着调谐电容应该很大。在这种情况下，即使可以使用内部变容二极管来调谐相同的频率，也必须使用外部变容二极管。
VCO在发送模式下直接产生RF信号，因此VCO和发送（载波）频率相同。在接收模式下，VCO也是有效的，其频率从接收频率因IF进行偏移（因为超外差接收器架构）。在此模式下，VCO也称为LO（本地振荡器），因为始终有轻微的LO信号传递到接收器输入。如果将VCO电流设置为最小值，那么这种并不希望存在的泄漏将达到最低，这可以通过将VCOCUR寄存器位设置为00来完成。
标准 FSK VCO
频率由LO（变容二极管的内部电容）和约0.5pF的固定电容加上CO（如需使用）进行设置，添加CO后可调节VCO调谐电压。应在引脚23上监视调谐电压，使其不会太靠近Vcc或GND。这样，VCO频率可以在特定工作范围内居中以获得最佳性能。
图1 标准FSK VCO电路
当通过切换晶体振荡器的电容负载实现调制时，建议将此电路用于FSK。由于晶体的Q值较高，FSK数据速率限制在约20kbps NRZ（不归零），并建议使用CPS来保护接收端的LNA（低噪声放大器）振荡。
标准ASK VCO
除了环路滤波器组件不同之外，其他与FSK VCO相同。RF、CF1和CF2设置为提供更宽的PLL带宽，这使得VCO能够更快地校正ASK调制过的PA中的负载牵引效应所引起的频率扰动。除此之外，应注意添加C0以减小VCO的调谐范围，这样接通或断开PA级就会引起较小的频率干扰（伪FM）。对于良好的ASK而言，PLL环路比较频率应大于300kHz。在某些情况下，最好使用定制的晶体频率进行传输，因此环路频率应尽可能高。
图2 标准ASK VCO电路
带有外部变容二极管的VCO
该电路可用于扩展频率范围，频率扩展甚至可以低至13MHz。VCO频率fvco由下式给出：
其中Cint =内部二极管电容 Cd = VD1的二极管电容
R2将变容二极管连接到调谐电压，并对二极管上的RF信号进行滤波。R4用于低频应用，以防止高频寄生振荡，也可以将R4与引脚20串联。C0和C7的组合设定了调谐范围，如果VD1在0V时电容较大，则C7必须很小，否则电路的低阻抗可能会阻碍VCO的启动。RF、CF1以及CF2的选择对于性能良好的FSK和ASK调制而言很重要，这些值则取决于NT的最大调制频率和所需的环路阻尼系数。
图3 带有外部变容二极管的VCO电路
为ASK设计滤波器的最简单方法是为CF2选择39pF，然后对RF和CF1进行设计以提供所需的阻尼，这将为最佳FSK和ASK操作提供了最宽的环路带宽。对于这种情况，环路比较频率应大于300kHz。在某些情况下，最好使用定制的晶体频率进行传输，因此环路频率可以尽可能高。例如，要产生433.92MHz的发射频率，您可以使用12MHz晶振：
RT=25且NT=904 PLL参考值=480kHz
如果我们使用晶体频率=12.0533MHz
RT=4且NT=144 PLL参考值=3.01MHz，ASK效果要好得多。需要注意的一点是：由于双模数计数器的性质，有一些N<256的值是不允许的。
外部VCO
通过使用类似的外部VCO可以很大程度提高窄带接收器和收发器的选择性和频谱，尤其在868和915MHz频段中。RO用于防止内部振荡器运行。请注意，变容二极管接地，因此软件中的PFD极性应设置为正，也可以使用商用VCO的VCO。
图4 外部VCO电路
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