温度变化对无线数据收发的影响

2009年06月21日 07:06    xiaochunyang
关键词: 温度 , 数据收发

rfdt1000:现在的流行无线数据收发IC几乎普遍采用晶振+PLL+超外差电路。采用晶振+PLL的一个重要原因是想获得高稳定射频。但是晶振+PLL电路能不能满足要求呢?恐怕很难。

首先我们看看晶振+PLL电路温度特性:晶振+PLL电路合成的射频频率和晶振的频率是成正比的,晶振+PLL电路的频率稳定性决定于晶振。晶振有LC、Y和AC等三种切型,其中LC、Y型的温度系数是100ppm,AC型约为20ppm-30ppm,

下面我们计算一下温度漂移会造成频率飘移:

         晶振    频段      温度变化    频率变化
         100ppm  315M      40          1.26M
         100ppm  433M      40          1.733M
         100ppm  868M      40          3.4720M
         100ppm  915M      40          3.66M     
         20ppm   315M      40          252K
         20ppm   433M      40          346.4K
         20ppm   868M      40          694.4K
         20ppm   915M      40          732K

再来看看频率变化对接收有什么影响:我们看看一组芯片资料


----IC1

        中频带宽     130 KHZ            
        频道间隔     153.6KHZ
        邻道选择     32db

      
----IC2
       中频带宽      175KHZ     
       邻道选择      不详

由以上数据我们看出,当收发两端温度差达到40度时,将引起多大的增益变化.那么像诸如"此时能用,彼时不能用;此地能用,彼地不能用"的"环境问题"就不难理解了.


chunyang:现实中,基于PLL技术的现代RF芯片已非常少见无补偿的简单PLL设计,一个典型的PLL包括一个低漂移的参考振荡源(完全片内资源,无需外部介入)和VCO,芯片上电时内电路是有先后次序的,本振优先,待本振稳定后有的设计是自动根据参考源校正有的则需要人工干预操作,校正办法是通过测量本振频率与参考源做比较,然后通过负反馈调节VCO实现高精度的频率合成,一个调节后的典型本振误差指标小于等于1KHz(极其一般的指标),全工作温度范围。

实际使用中,为获得良好的耐温变参数还有很多针对具体芯片型号的技巧,可以在完全不增加任何附加成本的前提下,仅仅利用芯片自身的设计特性实现耐受全工作温度范围内的波动。比如:随机抽取样品,一个置入极限低温,一个置于极限高温,通讯无误;或者,开始二者同温,然后一个升温至极限高温,一个降温至极限低温,整个温变过程

以上指标可以在任何目前主流PLL型无线芯片(可以微步长调节频率的,这说明了芯片的结构)上实现,当然具体个案的工艺会有不同,技巧而已,有心者通过前述提示应能悟出实施方法。这还是简单廉价型PLL无线芯片所采取的技术手段,高端通讯产品会有更复杂、有效、快速的应对技术,总体而言,正是因为避免了大量使用高精度、低温飘的本振系统,无线产品才变得越来越小,越来越便宜,若非如此,手机等大宗微型无线产品根本就不会出现。
   
想当年(1990S初),我设计了国内第一代无线抄表系统,用全模拟技术实现的窄带数传无线信道,晶体本振直接倍频,其它都好,就是温变受不了,这极大的制约了该产品的推广,但技术在进步,当年的难题现在的小菜。

再补充一点,以上只是针对温度/频率偏差校正的直接方法,还有间接的所谓提高“耐受力”的方法,比如AFC等,多一种手段多一份机会,尽量一起用,别硬扛。
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