買一臺沒有遙控功能的電視機(jī)？難以置信的是，100%的電視都裝備有紅外線(IR)遙控功能，這是非常方便的。在許多應(yīng)用中，只使用一個光學(xué)連接已經(jīng)足夠了。但如果是車庫大門的開關(guān)設(shè)備或者氣象站，情況又將怎樣？這些應(yīng)用的目的僅僅是為用戶帶來舒適方便，并且它們只有在空間環(huán)境中完成數(shù)據(jù)連接才能實(shí)現(xiàn)，比如車庫的門、圍墻甚至是家具。在過去，RF技術(shù)方案對于追求低成本的市場來說是很昂貴的。

首先，遙控功能的RF射頻發(fā)射器頻率覆蓋了目前已經(jīng)被廣泛采用的ISM波段，并且采用分立電路。射頻發(fā)射器設(shè)計的核心部分是頻率合成器，這種分立元件的方案采用陶瓷或SAW諧振器。傳統(tǒng)應(yīng)用對于這種方案的成本開銷是可以接受的，然而，它的射頻性能屬于較低的技術(shù)水準(zhǔn)。

在汽車市場領(lǐng)域，基于IR系統(tǒng)的遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入技術(shù)(RKE)的應(yīng)用已被廣泛接受，這也為采用集成RF電路，具有利用基于PLL的頻率合成系統(tǒng)的優(yōu)勢的開發(fā)鋪平了道路�，F(xiàn)在，新的汽車已經(jīng)裝備有射頻遙控功能，它們大部份是基于PLL的系統(tǒng)。Atmel為汽車應(yīng)用提供完全集成的RF發(fā)射器和接收器。
被稱作短距離器件（SRD）的特點(diǎn)如下：
• 短距離傳輸范圍高達(dá)100m；
• 數(shù)據(jù)率低(1kBd至10kBd)；
• 能耗低(<10mA)；
• 大部分為電池驅(qū)動型(發(fā)射器)，如3V電池；
• 適合手持型操作(發(fā)射器)、小型應(yīng)用產(chǎn)品和專用天線。

國際標(biāo)準(zhǔn)

國際認(rèn)證組織 (歐洲電信協(xié)會ETSI、美國聯(lián)邦通信委員會FCC)負(fù)責(zé)監(jiān)督專門用于所有RF應(yīng)用的立法。有關(guān)頻道、規(guī)定的輻射特性和許可由EN300 220(EU)和FCC part15(美國)進(jìn)行定義。

位于315MHz、433.92MHz和868.3MHz附近的ISM波段已被分配給SRD應(yīng)用使用。這些頻率被限定于+10dBm的等效幅射功率(ERP)和±870kHz的帶寬內(nèi)，但是并非專用(全部為433MHz合法頻段)和免費(fèi)授權(quán)的。副波的產(chǎn)生也同樣收到限制，這樣確保毗鄰頻道用戶的使用功率保持在某一特定的水平。

由於RF輻射波的密集度越來越大，符合這些標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和概念變得越來越重要——頻譜性能主宰著系統(tǒng)成本。

基于PLL的發(fā)射器方案實(shí)例

發(fā)射器的主要模塊和功能要求是：
• 頻率合成：準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、VCC和溫度依賴性、相位噪音和副波的產(chǎn)生。
• 功率放大：高效率、較小的VCC和溫度依賴性、較高的隔絕能力。
• RF載波的調(diào)制能力。ASK：沒有串?dāng)_的快速ON-OFF鍵控；FSK：靈活地拉動參考頻率。

參考頻率是由振動電路（XTO）驅(qū)動石英晶體產(chǎn)生的。為了獲得快速的靜止時間(即很小電流消耗和短的響應(yīng)時間)，選擇相位比較器頻率為13.56MHz。靜止時間為0~1/fXTAL_。由于手持設(shè)備的外形因素至關(guān)重要，設(shè)計更小、更輕的晶體坯具有長遠(yuǎn)利益。石英晶體的應(yīng)用可以有不同的坯切割方法。不同的切割方法決定了漂移與溫度的變化關(guān)系：
BT切割——兩者呈積分關(guān)系，AT切割——兩者呈立方關(guān)系。

在25°C，假設(shè)積分切割會受總體影響較少。分類參數(shù)為：
• 頻率誤差：初始值/溫度/最終值（比如±30、±30、±10）
• 最大電阻RS(<110Ω)
• 負(fù)載電容C1 (比如12pF)

關(guān)鍵的是在低電源(100-200nW)供應(yīng)下的適應(yīng)性。在運(yùn)行中的干擾會導(dǎo)致DLD（輸出隨電源波動），并且會導(dǎo)致RS的提高，從而不能振蕩。
頻率合成的下一步是將PLL，信號輸入電路，環(huán)路過濾，VCO和整倍分頻器完全集成，以便產(chǎn)生精確、穩(wěn)定的RF頻率。

實(shí)際的設(shè)計是采用RC電路做VCO，但也可以采用LC電路。不同的是在載波附近產(chǎn)生的相位噪聲的數(shù)量不一樣，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樾┬盘柨赡軐︵徑念l道造成干擾。這也正是ETSI/FCC標(biāo)準(zhǔn)的主題。根據(jù)ETSI，在433.93MHZ中心頻率下，允許的帶寬是±870kHz；而根據(jù)FCC的標(biāo)準(zhǔn)，在315MHz負(fù)載頻率下，允許±0.25%的帶寬(±787kHz)。

考慮到輻射性輸出功率和產(chǎn)品成本的因數(shù)，SRD的運(yùn)用只要集成一個RC VCO就足夠了。T5754數(shù)據(jù)表確定了內(nèi)鎖相環(huán)噪聲PLL在20KHZ，也就是由VCO產(chǎn)生的噪聲數(shù)量。這個噪聲可以由PLL和環(huán)路過濾器所減弱。

由于一些VCO設(shè)計的工作范圍過大，為了確保ASK調(diào)制的平滑，對電源的跳變的處理是必須的。由于有輸入到PLL的VCO整倍分頻，或者是在XTO和PLL間可能要用到分頻，需要一個“微控制——控制”復(fù)合通道傳輸。

集成PLL-TX的外圍器件中有一個石英晶體準(zhǔn)度的時鐘，為微處理器提供基準(zhǔn)的時鐘。

集成部分放大部分的設(shè)計手段是降低VCC和降低溫度依賴性，并且采用高的有效工作點(diǎn)。這樣會提高諧波，并且需要一個適應(yīng)電路的低通特性的天線。

ASK調(diào)制(1kHz至32kHz)通過TTL輸入信號實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)SK調(diào)制是用設(shè)計好的微處理器端口作為開關(guān)，通過一個額外的串行或并行方式拉動石英晶體來實(shí)現(xiàn)。特別的，拉動的幅度±150ppm是可能的。

基于聲表發(fā)射器方案的例子

參考頻率是由三點(diǎn)式電容反饋振蕩電路或者皮爾斯振蕩電路核心的聲表諧振產(chǎn)生的。振蕩的穩(wěn)定性、VCC以及溫度依賴性和調(diào)制的能力一樣取決于基礎(chǔ)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
通常假定：
· ASK在三點(diǎn)式電容反饋振蕩電路里用一個端口的諧振器工作
· FSK在皮爾斯振蕩電路里用兩個端口的諧振器工作
· 和基于PLL的設(shè)計相比較，電路基本上是相同的，但是所有電路用晶體管來實(shí)現(xiàn)。SAW以RF的頻率工作，這點(diǎn)是可行的。然而，為了優(yōu)化輸出功率和具有穩(wěn)定的應(yīng)用，另外一部分電路作為放大器。

聲表器件的功能是建立在壓電效應(yīng)的基礎(chǔ)上的。輸入和輸出以兩個梳子形狀的結(jié)構(gòu)互相交錯布局，距離為波長λ，這樣就形成了表面聲波（SAW）。由于存在很高的襯底介電常數(shù)(εr~10.000)，元件尺寸要小。

所選擇的襯底決定溫度依賴性和工作頻率的帶寬。在25°C，偏離常數(shù)df/f0隨-1/K2變化。要記住的是，汽車要求考慮發(fā)射端的工作溫度范圍(-40°C至+85°C)和接收端的工作溫度范圍(-40°C至+105°C) ，要達(dá)到這個要求是很困難的。采用 LiTaO3或LiNbO3做襯底，不可能設(shè)計出完美的SRD系統(tǒng)。
聲表諧振器的分類參數(shù)：
· 頻率誤差：初始的/最終的(比如±75kHz，-10/+50ppm)
· 頻率誤差：溫度系數(shù) (比如-0.032ppm/K2)
· 動態(tài)電阻RS
· 壓電-電子式襯底（石英晶體、LiTaO3、LiNbO3）

由于靜止時間為15到20μs，ASK系統(tǒng)最大的數(shù)據(jù)率限制在大概4KBd。

聲表諧振的一個主要的好處是減少了相位噪聲。設(shè)計這樣的分立元件電路是困難的，因?yàn)樗枰S富的振蕩和模擬設(shè)計技巧。然而，這種方案比完全集成化更加靈活，能使修改更加快速和容易，例如能控制諧波的產(chǎn)生。

當(dāng)用FSK調(diào)制的時候，設(shè)計人員必須在產(chǎn)生充足的頻率偏移上化點(diǎn)功夫。在皮爾斯振蕩電路的設(shè)計里，需要具有兩個端口的諧振器。通過串聯(lián)一個變?nèi)荻䴓O管或者插針式的二極管改變參考頻率。

兩種方案的比較：綜述

基于PLL的設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)可以通過頻率合成的效果來闡述。目前和將來的應(yīng)用將會朝窄帶RF系統(tǒng)方向發(fā)展，RF的通帶將會越來越擁擠。因此，接收端要求有極好的選擇性和靈敏度。而這些只能用窄帶PLL方案實(shí)現(xiàn)。

此外，靈活的頻道選擇只能通過基于石英晶體的方案實(shí)現(xiàn)。在客戶定制的時候，用石英晶體組成的電路比以SAW組成的電路更容易設(shè)計和布線。一些頻率通帶對于SAW電路來說是不工作的。可以在高溫度環(huán)境下（甚至高至+125°C）應(yīng)用，調(diào)制率高至32KHZ，省電特性，這些用基于集成PLL的方案是可以實(shí)現(xiàn)的。這種方案只使用最少的外部元器件，并且減少了對模擬設(shè)計技巧的依賴，比如振蕩和PLL的理論，顯然這些因數(shù)使得它比基于SAW的設(shè)計簡單的多。最后，由于集成產(chǎn)品本身的可靠性，EMI和RFI提高了，減少了推向市場的時間。

基于SAW的設(shè)計的好處在于總的元器件成本相對少了�；赟AW的應(yīng)用成本比基于PLL的設(shè)計便宜了13%。當(dāng)顧及到電源消耗的效率的時候，基于SAW的設(shè)計由于不象PLL那樣有電流損耗，兩者相比前者有更好的表現(xiàn)(33% vs. 22%) 。由于成本的因素優(yōu)先于性能的表現(xiàn)，部分汽車供應(yīng)商已經(jīng)將策略轉(zhuǎn)向采用分立元件設(shè)計方案，但即便如此，這種情況將不會再長期的延續(xù)下去。

前景

改進(jìn)車用設(shè)施和提高便利性是目前汽車應(yīng)用RF的兩個方向，這也決定了汽車的發(fā)展。既然RF用戶的數(shù)量已在穩(wěn)步的增加，并且有效的帶寬用途需要進(jìn)一步挖掘，開發(fā)頻道空間和復(fù)合頻道器件便成為下一步要做的事�；赑LL的頻率合成器的最新技術(shù)是N分?jǐn)?shù)器件。這種新產(chǎn)品可以產(chǎn)生干凈的高頻信號，幾百HZ到百KHZ的頻帶空間。

關(guān)于PLL發(fā)射器與SA發(fā)射器的更多設(shè)計比較，請閱讀Atmel Applications Journal，網(wǎng)址為http://www.atmel.com/journal/documents/issue5/pg35_38_Atmel5_PPL_based.pdf。