RF2903的原理及在扩频通信中的应用

摘要：RF2903是RF公司生产的高性能、高集成度超低价专用扩频接收芯片，它具有工作频段宽、工作电压低、配置灵活、适用范围广等特点，非常适合应用在DS-SS和FH-SS无线通信产品的设计领域。文中介绍了RF2903的主要特点和引脚功能，并对其在直接序列扩频中的正交解调以及在跳频通信系统中的FSK解调应用进行了分析，同时给出了相应的应用电路。 关键词：接收器；扩频通信；跳频；QPSK/FSK；RF2903 ＲＦ２９０３是ＲＦ公司的一款高性能扩频接收芯片，它由射频前端的预放与混频、中频可变增益控制和解调功能三部分组成。对于２００ＭＨｚ以下的中频信号， 其增益可以达到９０ｄＢ，该增益可由一个模拟电压来实现。ＲＦ２９０３内含一个接收信号强度指示电路，可进行能量电平检测，由于ＲＦ２９０３内有两个对称的混频器，因而对正交解调十分有利。当然，它也可以用作ＦＭ／ＦＳＫ和ＡＭ解调，但在用作 ＡＭ检测时，需要一个外部检测电路。 ＲＦ２９０３扩频接收芯片可广泛用于扩频通信系统、双模式的模／数接收机、ＰＯＳ终端、手持式通信系统以及２．４ＧＨｚ 的ＩＳＭ宽带接收机等系统中。 １　ＲＦ２９０３的主要特点和功能 ＲＦ２９０３的主要特点如下: ●可在３～６Ｖ的电压下工作; ●具有ＦＭ、ＰＭ和正交解调功能; ●带有线性模拟增益控制以及ＲＳＳＩ强度指示功能; ●中频范围为１０～２００ＭＨｚ，射频范围为１５０～１０００ＭＨｚ; ●正常工作温度范围为：－４０～＋８５℃; ●转换增益可达９４ｄＢ以上; ●封装形式为ＳＳＯＰ－２４。 ２　引脚功能和内部电路原理 ＲＦ２９０３的内部原理图及引脚排列如图１所示，表１所列是ＲＦ２９０３的各引脚功能。由图１可以看出，ＲＦ２９０３的射频前端有三个射频放大器及下变频器，同时包含有三个具有线性增益控制和接收信号强度指示（ＲＳＳＩ）功能的单元电路，此外，ＲＦ２９０３内部还具有一个正交解调器。 表1 RF2903的引脚功能 管脚序号 管脚定义 功 能 描 述 1 ILO I通道解调混频器LO输入 2 QLO Q通道解调混频器LO输入 3 VCC5 I、Q两通道解调混频器的电源 4 VCC4 IF3放大器的电源 5 IF3 IF2输出/IF3输入 6、7 GND 接地端 8 IF2 IF1输出/IF2输入 9 VCC3 IF2放大器的电源 10 VCC2 IF1放大器的电源 11、12 IF IN-、IF IN+ IF1放大器的差分输入 13、14 MIXOUT+、MIXOUT- RF混频器输出 15、16 LO+、LO- RF混频器的差分输入 17 B RF输入脚 18 E RF三极管的发射极 19 GND 接地端 20 BG OUT 带隙参考电压输出 21 GC 模拟增益控制脚 22 RSSI 接受信号强度指示 23 Q OUT Q通道解调混频器基带输出 24 I OUT I通道解调混频器基带输出 ２．１ 射频前端的射频放大和下变频 ＲＦ２９０３射频前端的射频放大和下变频采用差分输入形式，它们均具有低噪放大功能。如果不采用差分输入形式，可将其中一个输入端悬空或者将其连到电源Ｖｃｃ。为了使系统设计具有灵活性，射频前端可以采用不同的设计方式。为了确保ＲＦ２９０３在它的接收灵敏度范围内能够可靠地接收到信号，ＬＮＡ和混频器应调至它们的最大增益和最小噪声系数，这可以利用它的外围三极管加上电感和电容来实现。为了提高系统的灵敏度，可以外加低噪声放大器（ＬＮＡ），这样，同时也可以提高整个系统的噪声系数。 ２．２ 带线性增益控制和ＲＳＳＩ的中频放大器 ＲＦ２９０３的中频部分由三组相同的带线性增益控制和ＲＳＳＩ的中频放大器组成。当ＲＦ２９０３应用于线性系统（比如直接序列扩频接收机中）时，增益控制将使信号电平保持在一定的水平。而当它应用在非线性系统（比如ＦＭ或跳频接收机中）时，其增益可以一直保持最大状态。 ２．３ 增益控制 对ＲＦ２９０３增益的控制可以通过调节一对差分放大器，而让另一对放大器不工作来实现。因为中频放大器的两对差分输入对是相互导通的，也就是说，当流向一对的电流较大时，流向另一对的电流则较小。 ２．４ 接收信号强度指示 通过ＲＳＳＩ可以知道接收信号的强度，它随控制增益的变化而变化。这样，在做系统设计时就可以利用ＲＳＳＩ来设计一个反馈环路，以便保持输出信号的稳定。 ２．５ 正交解调器 ＲＦ２９０３的正交解调器由两个混频器构成，并可由中频放大器的输出来差分驱动。必须注意的是，它的输入信号必须具有９０%26;#176;的相差，这可以通过图２所示的简单相移电路来实现。由于ＬＯ输入是直接与输入三极管的基极相连的，因此需要一个外部上拉电阻。混频器输出可由下一级的发射极缓冲，这样，它可以直接驱动低阻滤波器。芯片自带的带隙参考电压输出可用来校正电路，在这个过程中，片子对温度和电源的变化不敏感，所以它在２．７Ｖ到５．５Ｖ的供电电源条件下都可以正常工作。 图3 ３　ＲＦ２９０３在扩频通信中的应用 目前在扩频通信中采用的调制解调方式主要是正交调制解调，图３所示是ＲＦ２９０３在扩频系统接收机中的正交解调应用电路。值得注意的是混频器输出和中频输入引脚，因为采用的是单端滤波器，所以没有必要利用平衡滤波器的输出和平衡中频部分的输入，而只利用一个输入和一个输出即可。图中把１４脚作为混频器的输出，１１脚作为中频输入。当然也可以利用１３脚和１２脚。由于在混频器的输出端和中频输入端有一个滤波器，所以当要求高度隔离时，推荐用１１脚和１４脚，而不采用１２脚和１３脚。经过测试，在９００ＭＨｚ时，ＲＦ２９０３的接收灵敏度可达－１００ｄＢｍ。 众所周知，跳频系统中主要采用ＦＳＫ调制和解调方式，图４所示是ＲＦ２９０３在跳频通信系统接收机中的ＦＳＫ解调应用电路。由图可见，它的外围电路与它在正交解调应用中的外围电路差不多，只是在信号输入端有一些改变。当ＲＦ２９０３用于ＦＳＫ解调时，它的增益控制可以调节到最大，因为在这种情况下，中频放大并不需要其满足线性条件。最后需要说明的是，如果不利用ＲＦ２９０３的解调功能，而是在 ＬＯ输入端加一个直流电压，那么，ＲＦ２９０３也可以作为一个普通的放大器来使用。 图4 ４　结束语 ＲＦ２９０３是主要用于ＤＳ－ＳＳ和ＦＨ－ＳＳ的超低价专用接收芯片，它具有工作频段宽、工作电压低、配置灵活、适用范围广等特点。因此ＲＦ２９０３非常适合应用在无线通信领域。