基于TH7122和TH71221集成电路的高速数据通信技术

本应用笔记介绍了TH7122和TH71221集成电路的高速数据通信。它简要介绍了直接调制的概念，并描述了收发器电路的PLL和接收器设置。

直接调制简介

TH7122x收发器的数据手册通过切换晶体的负载电容来显示FSK的产生。由于数据信号调制PLL的参考频率，我们可以称其为间接调制。此方法适用于高达20 kbps NRZ（不归零）代码或10 kbps RZ（归零）代码的数据速率，并且具有FSK响应低至DC的优势。缺点是PLL带宽必须约为调制频率fm的5倍，因此参考频率fR必须很高才能充分抑制参考杂散。根据经验，PLL的参考频率应至少为环路带宽的10倍。由于参考频率等于TH7122x中使用的整数N PLL中的PLL通道间隔，因此只能将发送器设置为有限数量的不同通道。

如果需要高速数据传输（即高FSK数据速率）或较小的信道间隔，则应使用另一种技术。这种方法称为VCO的直接调制，因为VCO控制电压与调制信号结合在一起，以便在环路带宽之外进行调制。在这种情况下，PLL不跟踪调制信号。因此，有必要使用较小的PLL带宽并在环路带宽之外调制VCO。唯一的缺点是FSK响应不会扩展到DC（除非将其与对参考的调制结合在一起）。在这种情况下，数据格式不应包含DC分量。可以使用两阶段代码或曼彻斯特代码。如果使用使用NRZ码的数据突发，则1s与0s的比率必须保持较小。

PPL设置

为了设计PLL滤波器，有必要了解相位检测器常数和VCO调谐灵敏度，使其接近所需频率。有两种确定KVCO的方法：

1.用电位计（例如10kΩ）或电源上的可变电压调整VCO，并使用计数器或频谱分析仪测量输出频率。只需将可变电压通过100kΩ电阻连接到TH7122x的引脚23即可完成。使用该软件通过个人计算机对TH7122x进行编程，将其设置为传输模式，VCOCUR设置为“ 11 –高2电流”，PACTRL设置为“ 1”，这样PA始终处于打开状态。调整调谐电压并测量输出频率。

2.使用评估板中的环路滤波器，将TH7122x设置为在发射模式下以所需的频率工作。将高阻抗数字电压表连接到电荷泵输出的引脚23。使用TH7122x软件，将变送器设置为工作频率附近的频率，并测量每个频率下的调谐电压。注意，引脚23上的电容性和电阻性负载应尽可能低，因为该节点直接影响PLL的整体稳定性。

图1中显示了433.92 MHz评估板上的调谐曲线。在本示例中，可以看出434 MHz附近的调谐电压斜率通常约为22 MHz / V。

应该注意的是，VCO增益也高度取决于PCB的布局。VCO储罐的每个附加寄生电容负载都会降低内部变容二极管的调谐范围，从而降低VCO的增益。

第二个设计参数是相位检测器KPD的增益。此参数与电荷泵电流ICP成正比，默认情况下为260 µA。将字寄存器“ A”中的CPCUR位置1可以改变电荷泵电流。

TH7122中心频率为430 MHz的VCO调谐曲线

推荐的环路滤波器拓扑是二阶的，如图2所示。从滤波器传递函数F（s）中，我们可以获得零和非DC极点频率：

[tex]ω_ {z} =分数{1} {R_ {F} hspace {1mm} cdot hspace {1mm} C_ {F1}} [/ tex]

[tex]ω_ {p} =分数{C_ {F1} + C_ {F2}} {C_ {F1} cdot C_ {F2} cdot R_ {F}} [/ tex]

闭环配置中PLL的3 dB带宽大约等于环路滤波器的过渡频率ωT。由于在大多数情况下CF2比CF1小得多，因此可以按照以下描述近似估算ωT：

[tex]ω_ {T} =分数{K_ {PD} cdot K_ {VCO} cdot R_ {F}} {N} cdot frac {C_ {F1}} {C_ {F1} + C_ {F2}}近似分数{K_ {PD} cdot K_ {VCO} cdot R_ {F}} {N} [tex]

其中N代表反馈分频器的值。对于稳定的环路，可用的相位裕度非常重要。它应该在45到70度之间。为了确保在过渡频率ωT处有足够的相位，零频率应位于比极点频率ωT高出M倍的M倍以下。如所提到的，因数M为4给出大约60度的相位裕度。当M = 2.5时，相位裕度约为45度。

二阶环路滤波器

该近似值对于计算环路滤波器元素非常准确。通常，使用此计算方法，可用分量值之间的步长大于误差，因此无需使用更复杂的精确公式。

接收器设置

数据手册中使用的标准接收器电路在NRZ高达40 kbps的情况下仍能正常工作，但需要进行修改以提高数据速率。由于OUT_DEM（引脚6）的输出电阻为275kΩ，因此输出上的任何杂散电容都会限制频率响应，因此需要对其进行加载以减小其等效电阻。由于解调器的标称输出电压为½VCC，因此应使用相等的接地电阻和VCC。这些在图3中显示为RL1和RL2。

TH7122x直接VCO调制的电路原理图

当负载电阻RP为10kΩ时，FM鉴频谐振器CERRES的带宽非常小。对于低数据速率，这是令人满意的，但对于50 kHz及更高的调制频率，则会导致信号丢失和检测器输出低。为了调制115 kHz的频率，将Rp设为kΩ，以获得更高的检测器频率响应。

编辑：hfy