RF系统设计需要考虑哪些因素

简介

今天可以使用的高集成度先进射频设计可让工程师设计出性能水平超过以往的RF系统，阻隔、灵敏度、频率控制和基带处理领域的最新进展正在影响RF系统架构设计，本文旨在探讨某些参数特性，以及它们对系统性能的影响。

应对干扰

处于或接近所需工作频率的有害RF信号，可能影响接收器精确调制所需RF数据包的能力。根据干扰与系统载波频率的接近程度，可以分为几类：a）带内，b）近带和c）宽带。采用不同的方法来减少各种类型干扰信号，以下列出常用的方法。

近带和宽带干扰

这种干扰抑制主要是改进射频装置的选择性和阻隔特性，选择性是描述射频装置在其它RF频谱中选择所需信号的能力。阻隔特性则描述IC器件忽略干扰或干涉信号，同时仍然接收所需RF信号的能力。在初期选择过程，谨慎的工程师将密切关注射频装置的选择性和阻隔特性。通常，这些参数被忽略，而RF系统性能受到影响。除了选择具有强大的阻隔特性的射频装置，还有其它用于抑制近带和宽带干扰的方法。一个常用的方法是在接收器天线和RF前端之间添加一个SAW滤波器，这就具有带通效应，可让所需的信号以极小的衰减进入射频装置，同时使得干扰因素的衰减增加。一个433.92MHz SAW滤波器的典型带通特性如图1所示。

图1. SAW滤波器的典型频率响应

SAW滤波器提供的附加抑制不足以完全阻隔干扰，工程师应当考虑射频装置中间频率的带宽（IFBW），请参见图2说明，并且考虑噪声低于所需运作频率200kHz左右，在这种情况下，366kHz的IFBW在角频率下仅仅可使干扰衰减10dB，相反地，当使用25kHz IFBW时，干扰将会衰减56dB，如图5所示。

图2. ATA5830器件在433.92MHz、IFBW = 366kHz下的阻隔特性

图3. ATA5830器件在433.92MHz、IFBW = 25kHz下的阻隔特性过去，IFBW是由IC设计所固定的，然而，高性能RF器件，比如Atmel® ATA5830N和ATA5780N，可以通过使用一个EEPROM-based配置表来调节IFBW，用户可配置IFBW范围为25kHz至366kHz，并为工程师提供26种不同的IFBW设置。在优化过程中，工程师应当确保所选择的IFBW保持足够宽的范围，以便适应内部参考频率的调制和容差带来的接收器和发射器RF频率的变化。来自意向幅射器（例如发射器）的RF信号包含了由于初始容差、温度和老化造成的载波频率错误项。除了接收器和发射器的晶体频率容差的最差情形堆叠，选择最小IFBW还必需考虑以合适的波特率传输RF数据包和进行调制所需的RF频谱带宽。

带内干扰

在所需工作频率范围内的有害RF信号必需不同地处理，这是因为不可能在极强的干扰源和意向RF数据包之间进行区分。在这种情况下，冗余信息是缓减这个问题的唯一方法。今天有两种传送冗余信息的方法a）时域冗余或b）时域和频域冗余

时域冗余是今天最常用的架构，因为它具有简单性和低成本。这种方法用于缓减间歇干扰源，通过以有限的时间量延迟来发送多个相同RF数据包的复本来实现（见图4），这样可以在RF系统的发射器和接收器两侧使用单一载波频率。然而，如果干扰连续存在，这种方法的效率低。随着最新的先进的低成本集成射频IC 的推出，这种方法让位于时间和频率冗余方法。

图4. 时域冗余

RF干扰，这种方法提供了很大的射频性能改进，如图5所示。时域以水平坐标来表示，显示冗余的数据包以有限的时间延迟出现。频域则在垂直坐标上表示，显示冗余RF频谱内容出现在不同的频率上，例如，通道1-3。

图5. 时域和频域冗余

通道频率间隔至少必需象基础RF数据包的RF频谱一样宽，以便防止通道交叠。使用爱特梅尔ATA5830N和ATA5780N器件，建议至少使用两倍于IFBW的通道间隔，在今天的汽车遥控和无源无匙门禁系统中，通道间隔范围通常为400kHz至450kHz。影响选择RF数据包在时域中的延迟间隔的因素包括a）改变通道频率的稳定时间，b）RF载波"ON"时间的平均值管理和c）总体系统响应时间。通常，通道频率稳定时间低至1ms，仅仅为第二等级问题。主要因素是管理RF能量，以便优化频率范围，同时满足当地法规要求。通过占空比平均，如果平均功率下降低于当地法规机构的阈值，可以传输较高峰值RF功率水平。显然，较高的输出功率可让RF 系统实现更大的传输范围。

通过采用高端射频架构可以实现多通道运作，使用一个fractional-N PLL来建立RF系统的接收器和发射器模块所需的RF频率。使用这些器件提供的可编程架构，可以简便地开发一个能够快速准确地改变中心工作频率（例如通道）的接收器。随着消费者需要更强大的运作性能，这些先进的设计很快成为用于汽车门禁系统的首选RF系统架构。

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