电子电路大全(PDF格式)-第108部分
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个可编程分频器，只需要外接 1 个晶振和 2 个反馈电容。基准振荡器是一个 Colpitts 型的振
荡器，引脚 OSC B 和引脚 OSC E 与振荡器使用的晶体管连接。一个外部信号能被输入到晶
体管的基级，驱动电平峰值应在 500mV 左右，以防止过度驱动，保持相位噪声最小。
分频器以 64 或 32 为基数对 VCO 进行分频，根据引脚 DIV CTRL 所处逻辑电平的高低
来确定分频系数。引脚 DIV CTRL 为高电平用基数 64 来分频，引脚 DIV CTRL 为低电平用
基数 32 来分频，分频信号被输入到鉴相器，在鉴相器中，分频信号与基准信号频率相比较。
RF2514 内含鉴相器和充电泵。鉴相器用来比较基准振荡器的相位和VCO 的相位，由数
据相位/频率检波器和数据三态比较器组成，电路包括两个 D 触发器，D 触发器的输出和与
非门相结合来重置 D 触发器，其输出也连接到电荷泵，每个触发器的输出信号是一系列与触
发器输入频率相关的的脉冲，当触发器的两个输入端信号相同时，信号为锁频和锁相，当两
个信号不同时，将提供信号给充电泵，来给环路滤波器充放电或进入高阻状态。这种类型检
波器被锁时，检波器通过相位来纠错，未锁时通过频率来纠错。充电泵由 2 个三极管，1 个
可充电环路滤波器和其他放电环路滤波器组成，其输入是相位检波器中触发器的输出。检波
器中触发器的不同状态用于环路滤波器的充放电控制，环路滤波器的整合脉冲来自 VCO 中
充电泵产生的控制电压。
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·60 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
压控振荡器（VCO ）是一个调谐的微分放大器，集电极提供一个正反馈，并且产生360°
的相移，调谐电路在集电极，包含内部的可变电容和外接的一个电感，为了得到设定的工作
频率，设计者必须选择合适的电感，电感也为 VCO 提供直流偏压。VCO 的输出到预分频器，
在分频器中信号频率将以 32 和 64 为基数进行分频，与基准振荡频率相比较。
发射器是一个两级放大器，它包括一个驱动器和一个集电级开路的晶体管末级放大器，
当电源为 3。6V 电压时，可提供5dBm 的输出功率到 50Ohm 的负载。
锁定检测电路连接着鉴相器的输出，当 VCO 没有锁住基准振荡器的相位时，它能使
发射器失去发射能力。导致 PLL 失锁有多方面的原因，例如，任何一个 VCO 的启动都有
一个短时间的间隔，此时，VCO 开始振荡，基准振荡器也建立起完全振幅，在这段时间
里，频率可能会出现在规定频段外，典型的是 VCO 启动比基准振荡器快，一旦 VCO 启
动，鉴相器就开始定位，VCO 来纠正频率偏差，占用频带范围为 200MHz 的频谱，VCO
处在全功率辐射状态。
RF2514 中锁定保护电路，当电源加到芯片中之后，很快使鉴相器锁住，振荡器锁定电
路将会使管脚 MODIN 传输预设好的信号，不再需要微处理机来检测锁定状态。锁定检测电
路含有一个内部电阻器，设计者可选择电容器确定 RC 时间常数。
RF2514 内部包含一个能隙基准电源电路，在温度和电源电压变化时能够给电路提供稳
定的 DC 偏置。
1。9。5 应用电路设计
所设计的 868MHz、915MHz 的应用电路及印制板如图 1。9。3～1。9。6 所示。
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第1 章 射频发射器芯片原理与应用电路设计 ·61 ·
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·62 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
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第1 章 射频发射器芯片原理与应用电路设计 ·63 ·
（a ）元器件布局图
（b ）印制板元器件面
（c ）印制板底板面
（印制板尺寸 1。242″ × 1。242″，板厚 0。062″，板材FR…4 ）
图 1。9。5 868MHz 应用电路的印制板图
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·64 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
（a ）元器件布局图
（b ）印制板元器件面
（c ）印制板底板面
（印制板尺寸 1。242″ × 1。242″，板厚 0。031″，板材FR…4 ）
图 1。9。6 915MHz 应用电路的印制板图
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第1 章 射频发射器芯片原理与应用电路设计 ·65 ·
1．基准振荡器的设计
基准振荡器电路如图 1。9。7 所示。
图 1。9。7 基准振荡器电路
基准振荡器是 Colpitts 结构，采用晶振基波型的一个并联谐振回路，晶体管放大器是
一个射级跟随器，电压增益受阻抗变换器的影响，电容 C1 和 C2 的串联组合，与晶体管
输入端的电容并联形成一个容性负载，与晶振并联。电容器的数值可用下面的两个公式计
算：
60C 1
C1= load C2 =
f r 1 1
C C
load 1
上式中的 Cload 负载电容通常取 32pF；f r 是振荡器频率，以 MHz 为单位，这个频率既可
以通过改变 C2 来调节，也可以通过设置一个可调节的与晶振串联的电容器来调节。例如，
假设需要一个 14MHz 的频率和一个 32pF 的负载电容，则 C1=137。1pF，C2=41。7pF 。振荡器
能否起振，可通过观察引脚 2 的信号来检查，引脚2 的电压（峰…峰值）应该为 500mV 左右，
这可降低基准电压和信号失真时的噪声。如果这个电压（峰…峰值）高于 500mV，那么要增
加电容器 C1 的值。这些电容器的值在设计期间常常都要改变。与晶体串联的可变电容器可
以改变振荡器频率，但也将会改变振荡器的驱动电平。
2 ．压控振荡器的设计
在整个发射电路的设计过程中，一个重要的环节就是压控振荡器（VCO ）的设计。压控
振荡器是差分放大器结构，VCO 由内部的变容二极管调谐。变容二极管是通过4kOhm 电阻的
环路滤波器的输出电压调谐。
电感和变容二极管对差分放大器进行调谐。为了调谐压控振荡器（VCO ）的频率，需要
计算连接在引脚 12 和 13 之间的电感的数值。电感器的数值计算可由下式决定：
2
1
1
L = o
2 f C
π
式中，f 是要设计得到的工作频率；L 是电感器的数值；C 是变容器二极管和寄生电容数值，
为了计算设电容为 1。5pF。根据 1。5pF 电容可计算每个引脚的电感。例如，假设需要一个
868MHz 的工作频率，则可计算出电感的值应为22。4nH ，可以取一个接近的值22nH 。
压控振荡器的调试如下：首先选择适当的电感器和电容器的值，使压控振荡器在设定的
频率上运行，其中电容值包括变容二极管和寄生电容两部分。压控振荡器正常的运行在设定
的频率上后，需要设定其灵敏度。灵敏度是由连接到控制电压输入端与地之间的电压决定的。
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·66 · 射频集成电路芯片原理与应用电路设计
压控振荡器（VCO ）的灵敏度用 Hz/V 来表示。当电容值减小的时候，增加电感的值，将会
使灵敏度增强；反之，当电容值增大的时候，减小电感器的值，将会降低灵敏度。但是在增
大或者减小元器件值的时候，必须确保中心频率恒定不变为一常数。
3 ．锁相环电路的设计
锁相环电路需要一个外接的环路滤波器来组成锁相环回路。环路滤波器把充电泵的输出
电压转换成压控振荡器（VCO ）的控制电压，充电泵的输出端经过一个4 kOhm的电阻连接到压
控振荡器，环路滤波器连接在引脚 12 （LOOP FLT ）上，这将形成由一个旁路电容和RC 串
联组成的二阶滤波器。环路滤波器的示意图如图 1。9。8 所示。
图 1。9。8 环路滤波器
传输系数为：
＋
sτ 1
2
F （s） =R o
2
＋
sτ （sτ 1）
2 1
式中，时间常数定义为：
C C
τ =R C ，τ =R o 1 2
2 2 2 1 2
C1 ＋C2
环路带宽为：
1
ω =
LBW
ττ
1 2
