下载pdf格式全文热门下载专区

ww.autoelectronics.eetchina.com图 1. 周 期 为 2T 的 方 波图 2. 周 期 为 2T 的 方 波 的 功 率 谱当 ASK 调 制 信 号 是 真 实 数 据 时 , 数 据 的 随 机 性 使 得 功 率 谱 的 谱 线 修 正 为 半 周 正 弦波 。 归 一 化 至 载 波 频 率 的 功 率 谱 密 度 数 学 表 达 式 是 :每 个 旁 瓣 的 谱 密 度 峰 值 与 载 波 频 率 的 谱 密 度 之 比 仍 然 由 式 1 求 得 。图 3 所 示 是 MAX1472 ASK 发 送 器 采 用 4kHz 方 波 ( 相 当 于 8kbps 的 数 据 速 率 ) 调 制时 的 频 谱 。 可 以 看 到 , 各 旁 瓣 峰 值 均 位 于 4kHz ( 即 数 据 速 率 的 一 半 ) 的 奇 数 倍 频点 处 。

ww.autoelectronics.eetchina.com图 3. MAX1472 ASK 发 送 器 采 用 4kHz 方 波 调 制 时 的 信 号 频 谱请 留 意 ASK 已 调 信 号 载 波 谱 线 ( 或 波 瓣 ) 功 率 和 未 调 制 (CW) 载 波 功 率 之 间 的 关 系 。这 一 点 很 重 要 , 因 为 FCC 和 ETSI 规 范 有 时 适 用 于 相 对 功 率 , 有 时 适 用 于 绝 对 功 率 。如 果 发 送 器 稳 定 地 辐 射 ( 未 调 制 ) P 0 瓦 功 率 , 然 后 采 用 占 空 比 为 50% 的 ASK 数 据 流进 行 调 制 , 那 么 调 制 后 辐 射 的 总 功 率 将 减 半 , 即 为 P 0 /2。 而 且 , 调 制 会 形 成 边 带 ,所 以 频 谱 的 主 瓣 ( 载 波 ) 只 包 含 了 ASK 已 调 信 号 一 半 的 功 率 。 因 此 , 将 调 制 旁 瓣 功率 与 发 送 器 的 CW 功 率 相 比 时 , 等 式 1 中 的 功 率 比 应 再 减 去 6dB( 即 CW 功 率 与 ASK 调制 后 载 波 谱 瓣 功 率 的 比 值 )。举 个 例 子 , 一 个 辐 射 10mW 未 调 制 载 波 功 率 的 315MHz 发 送 器 经 过 ASK 调 制 后 只 辐射 5mW 功 率 。 在 这 5mW 中 , 只 有 2.5mW 存 在 于 载 波 波 瓣 中 , 其 余 的 2.5mW 分 散 在各 旁 瓣 中 。 所 以 , 当 数 据 速 率 为 8kbps 时 ( 参 见 式 1), 第 101 个 旁 瓣 ( 距 离 载 波频 率 404kHz) 的 功 率 为 :可 见 旁 瓣 功 率 不 仅 比 ASK 已 调 信 号 的 载 波 波 瓣 功 率 小 44dB, 而 且 比 未 调 制 的 CW载 波 功 率 小 50dB。FCC 对 ASK 发 送 器 的 要 求发 射 带 宽FCC 第 15.231(c) 节 规 定 , 有 意 发 送 的 发 射 带 宽 不 能 超 过 中 心 频 率 的 0.25%, 其中 发 射 带 宽 由 辐 射 谱 中 低 于 已 调 载 波 功 率 20dB 的 频 点 决 定 。315MHz 和 433.92MHz

ww.autoelectronics.eetchina.com是 260MHz 到 470MHz 无 执 照 频 带 中 两 种 最 常 用 的 频 率 , 与 其 相 对 应 , 最 大 允 许 带宽 分 别 是 787.5kHz (±394kHz) 和 1.085MHz (±542kHz)。由 上 述 ASK 谱 功 率 的 计 算 公 式 可 知 , 只 要 确 定 了 功 率 比 载 波 频 率 处 的 波 瓣 功 率 至少 低 20dB 以 上 的 旁 瓣 , 就 可 以 很 容 易 地 预 测 ASK 已 调 信 号 的 20dB 带 宽 。 根 据 式1, 第 7 个 旁 瓣 功 率 比 载 波 频 率 处 的 波 瓣 功 率 小 20.8dB。 所 以 ,20dB 带 宽 应 该 是一 半 数 据 速 率 的 ±7 倍 。 对 于 10kbps 的 数 据 速 率 ,20dB 发 射 带 宽 应 该 是 70kHz。在 距 离 载 波 频 率 500kHz 的 频 点 处 ( 近 似 于 0.25% 带 宽 限 的 一 侧 ),10kbps 的 功 率谱 应 该 比 载 波 频 率 处 的 波 瓣 功 率 小 44dB。事 实 上 , 实 测 的 20dB 带 宽 以 及 距 离 载 波 频 率 500kHz 处 的 谱 功 率 均 比 计 算 值 大 ,这 是 基 于 以 下 三 个 原 因 :1. FCC 要 求 测 量 设 备 的 分 辨 带 宽 要 比 调 制 旁 瓣 宽 ;2. 合 成 振 荡 器 的 相 位 噪 声 会 增 加 旁 瓣 的 功 率 ;3. ASK 调 制 对 VCO 的 轻 微 牵 引 使 得 测 试 结 果 中 出 现 瞬 态 频 率 成 分 。FCC 的 测 量 带 宽 , 即 测 量 仪 器 的 带 宽 设 置 , 不 容 易 确 定 而 且 有 例 外 情 况 。FCC 的第 15.231(b)(2) 节 参 考 FCC 的 第 15.205 节 , 而 FCC 的 第 15.205 节 又 参 考 FCC的 第 15.35 节 ,FCC 的 第 15.35 节 最 终 又 参 考 CISPR 的 第 16 版 。CISPR-16 指 出 ,对 于 1GHz 以 下 的 发 射 应 用 , 如 果 使 用 准 峰 值 检 波 器 , 则 测 量 带 宽 设 置 为 120kHz;如 果 使 用 具 有 峰 值 检 波 功 能 的 频 谱 分 析 仪 , 则 测 量 带 宽 采 用 100kHz。 对 于 几 kbps的 数 据 速 率 , 用 该 测 量 带 宽 来 确 定 发 射 带 宽 似 乎 很 大 。幸 好 , 还 有 一 个 更 窄 、 更 实 际 的 FCC 测 量 带 宽 规 范 。 它 并 没 有 记 录 在 任 何 文 档 中 ,但 是 相 容 性 测 试 公 司 均 了 解 这 一 规 范 , 并 且 可 以 在 FCC 的 网 站 Office ofEngineering and Technology 上 得 到 证 实 。 这 一 鲜 为 人 知 的 规 范 指 出 , 测 量 带 宽必 须 至 少 是 允 许 的 20dB 发 射 带 宽 的 1%。 所 以 对 于 315MHz 的 信 号 ,787.5kHz 带 宽的 1% 大 约 为 8kHz, 那 么 将 频 谱 分 析 仪 的 带 宽 设 置 为 10kHz 即 可 满 足 要 求 。 而 对于 433.92MHz 的 信 号 ,1.085MHz 带 宽 的 1% 略 大 于 10kHz。 此 时 频 谱 分 析 仪 的 带 宽必 须 设 置 为 30kHz, 因 为 这 是 10kHz 以 上 最 接 近 10kHz 的 设 置 。 对 于 315MHz 和433.92MHz 中 的 任 意 一 种 信 号 , 测 量 带 宽 都 低 于 100kHz。不 同 厂 商 生 产 的 锁 相 环 (PLL) 发 送 器 的 相 位 噪 声 谱 密 度 会 有 很 大 的 不 同 。 在 距 离载 波 频 率 500kHz 处 测 量 时 ,Maxim 系 列 RF CMOS 发 送 器 的 相 位 噪 声 密 度 介 于-85dBc/Hz 和 -90dBc/Hz 之 间 。 这 说 明 在 100kHz 最 大 FCC 带 宽 内 测 量 的 相 位 噪 声比 距 离 载 波 频 率 500kHz 处 的 功 率 小 35dB 以 上 。 若 数 据 速 率 较 低 , 当 测 量 距 离 载波 频 率 500kHz 处 的 频 谱 时 , 相 位 噪 声 的 存 在 会 增 加 调 制 谱 的 测 量 值 , 尽 管 其 理论 旁 瓣 功 率 电 平 比 载 波 波 瓣 功 率 小 35dB 以 上 。如 果 使 用 较 宽 的 测 量 带 宽 ( 如 100kHz), 由 于 ASK 调 制 对 VCO 的 瞬 态 牵 引 , 会 使测 量 的 谱 高 度 增 加 5dB。 具 有 “Max Hold” ( 最 大 值 保 持 ) 功 能 的 宽 分 辨 率 滤 波

ww.autoelectronics.eetchina.com器 可 以 检 测 到 这 些 只 存 在 几 微 秒 的 瞬 态 频 谱 变 化 。 将 滤 波 器 的 分 辨 带 宽 减 小 到30kHz 或 更 低 时 , 可 以 基 本 消 除 这 一 现 象 对 测 量 频 谱 的 影 响 。采 用 FCC 所 要 求 的 峰 值 检 波 器 或 “Max Hold” 设 置 时 , 鉴 于 以 上 三 种 因 素 的 影 响 ,会 使 测 量 功 率 增 加 多 达 10dB。 因 此 , 距 离 载 波 频 率 500kHz 频 点 处 的 发 射 带 宽 测量 频 谱 可 能 只 比 载 波 功 率 小 20dB 到 25dB, 尽 管 理 论 上 调 制 谱 要 小 35dB 到 55dB。由 于 理 论 频 谱 和 测 量 频 谱 之 间 存 在 这 一 巨 大 差 异 , 高 数 据 速 率 的 ASK 发 送 器 在 进行 FCC 测 试 时 可 能 出 现 问 题 。 因 为 FCC 要 求 考 虑 所 有 影 响 因 素 后 , 距 离 载 波 频 率大 约 500kHz 处 的 频 谱 要 比 载 波 波 瓣 功 率 小 20dB。 对 应 不 同 的 数 据 速 率 , 表 1 列出 了 距 离 载 波 频 率 500kHz 处 ASK 调 制 边 带 的 理 论 谱 高 度 。 同 时 也 给 出 了 采 用100kHz、30kHz 和 10kHz 带 宽 时 测 量 的 功 率 。表 1. 用 于 FCC 发 射 带 宽 测 量 的 ASK 边 带 理 论 功 率 电 平DataRate(kbps)SidebandNumberat500kHzSideband(dBc)dBc in100kHzBWdBcin30kHzBWdBcin10kHzBW2 501 -58 -41 -46 -514 251 -52 -38 -43 -488 125 -46 -35 -40 -4510 101 -44 -34 -39 -4420 51 -38 -31 -36 -41100 11 -25 -25 -28 -32图 4 和 图 5 分 别 示 出 了 MAX1472 ASK 发 送 器 IC 使 用 100kHz 和 30kHz 测 量 带 宽 时的 测 量 频 谱 , 调 制 信 号 采 用 数 据 速 率 为 19.2kbps 的 方 波 信 号 。 计 算 出 的 功 率 电平 和 测 量 功 率 电 平 之 间 的 差 异 是 由 相 位 噪 声 、VCO 瞬 态 牵 引 和 “ 峰 值 保 持 ” 测 量技 术 造 成 的 。 使 用 30kHz 的 分 辨 带 宽 可 以 使 功 率 测 量 值 从 -25dBc 降 至 -30dBc,从 而 增 加 了 满 足 发 射 带 宽 要 求 的 裕 度 。

ww.autoelectronics.eetchina.com图 4. 频 谱 分 析 仪 采 用 100kHz 分 辨 带 宽 进 行 FCC 发 射 带 宽 测 量 时 , 所 测 量 的MAX1472 已 调 信 号 频 谱 , 调 制 信 号 为 9.6kHz 方 波 信 号 。图 5. 频 谱 分 析 仪 采 用 30kHz 分 辨 带 宽 进 行 FCC 发 射 带 宽 测 量 时 , 所 测 量 的MAX1472 已 调 信 号 频 谱 , 调 制 信 号 为 9.6kHz 方 波 信 号 。杂 散 辐 射

ww.autoelectronics.eetchina.comFCC 第 15.231(b)(3) 节 指 出 , 杂 散 辐 射 的 信 号 强 度 必 须 保 持 在 该 节 表 格 中 列 出 的规 定 电 平 以 下 。 该 表 格 规 定 了 载 波 频 率 处 的 有 意 发 射 限 制 值 和 发 射 带 宽 之 外 的 杂散 辐 射 限 制 值 。 这 些 杂 散 信 号 强 度 要 比 所 允 许 的 最 大 有 意 发 送 电 平 低 20dB。 也就 是 说 , 如 果 发 送 器 正 在 辐 射 最 大 允 许 电 平 , 那 么 发 射 带 宽 之 外 的 辐 射 功 率 必 须比 载 波 功 率 电 平 低 20dB 以 上 。 这 符 合 辐 射 最 大 功 率 时 的 20dB 发 射 带 宽 要 求 。 根据 CISPR-16, 需 使 用 一 个 准 峰 值 检 波 器 或 者 带 峰 值 检 波 器 的 频 谱 分 析 仪 测 量 杂散 辐 射 。 除 了 频 谱 分 析 仪 的 带 宽 设 置 为 100kHz 外 , 该 过 程 很 像 发 射 带 宽 的 测 量过 程 。我 们 应 该 注 意 到 , 如 果 发 送 器 辐 射 的 不 是 最 大 允 许 功 率 , 那 么 最 大 杂 散 辐 射 电 平仍 然 采 用 表 格 中 所 规 定 的 绝 对 信 号 强 度 值 。 这 样 的 话 , 发 射 带 宽 外 的 杂 散 辐 射 可能 并 不 需 要 比 有 意 辐 射 功 率 低 20dB。ETSI 对 ASK 发 送 器 的 要 求在 欧 洲 ,433.05MHz 至 434.79MHz 的 频 带 内 允 许 发 送 高 达 +10dBm 的 信 号 。 满 足ETSI EN 300 220-1 规 范 要 求 的 主 要 目 的 是 使 带 外 发 射 保 持 在 250nW ( 或 -36dBm)以 下 , 并 且 在 470MHz 至 862MHz 频 段 内 保 持 在 4nW ( 或 -54dBm) 以 下 。433MHz 频带 的 “ 带 外 ” 是 指 433.05MHz 至 434.79MHz 的 1.74MHz 频 谱 之 外 的 任 意 频 率 。 选择 433.92MHz, 因 为 它 刚 好 处 于 频 带 的 中 心 频 点 。 以 载 波 频 率 为 参 考 点 , 任 何±870kHz 之 外 的 发 射 都 属 于 “ 带 外 ”。 有 两 个 发 射 类 别 要 符 合 -36dBm 限 制 要 求 。第 一 类 是 落 在 ±870kHz 之 外 的 信 号 调 制 边 带 。 第 二 类 是 杂 散 辐 射 。调 制 边 带使 用 上 述 的 式 1 至 式 3 可 以 构 成 表 2, 表 2 与 表 1 类 似 , 只 是 与 载 波 频 率 的 距 离改 为 870kHz, 而 不 再 是 FCC 要 求 的 近 似 500kHz。表 2. 用 于 ETSI 调 制 边 带 测 量 的 ASK 边 带 理 论 功 率 电 平DataRate(kbps)SidebandSidebandNumber at(dBc)870kHzMin.dBc inMeas.Meas.Res. BWBW(kHz)2 871 -63 3 -614 435 -57 10 -538 219 -51 10 -5010 175 -49 10 -4920 87 -43 30 -41

100 19 -29 100 -29ww.autoelectronics.eetchina.com如 图 3 所 示 , 对 应 8kbps 数 据 速 率 , 每 个 边 带 都 是 以 4kHz 的 奇 数 倍 频 率 为 中 心的 。 也 就 是 说 ,4kHz 的 第 219 个 谐 波 边 带 是 距 离 载 波 频 率 870kHz 以 外 的 第 一 个完 整 边 带 , 而 且 该 边 带 的 总 功 率 必 须 低 于 -36dBm。 根 据 表 2, 第 219 个 边 带 的 功率 比 载 波 波 瓣 谱 高 度 低 51dB, 看 起 来 可 很 好 地 满 足 低 于 -36dBm 这 一 限 制 要 求 。由 于 +10dBm 限 制 值 对 应 未 调 制 载 波 的 测 量 发 送 功 率 (ETSI EN 300 220-1, 第 8.2节 ), 边 带 功 率 实 际 上 比 未 调 制 的 载 波 功 率 低 57dB, 看 起 来 效 果 更 好 。 在 发 送 器辐 射 +10dBm 最 大 允 许 功 率 的 情 况 下 , 计 算 的 边 带 功 率 是 -47dBm, 比 -36dBm 的 限制 要 求 低 11dB。 与 FCC 规 定 的 情 况 一 样 , 发 送 器 的 相 位 噪 声 和 功 率 测 量 技 术 会提 高 测 量 的 功 率 电 平 , 使 其 高 于 理 论 值 。ETSI EN 300 220-1 的 第 8.6 节 对 该 调 制 及 其 测 量 过 程 进 行 了 说 明 。 测 量 规 程 中指 出 , 接 收 器 ( 或 频 谱 分 析 仪 ) 的 带 宽 需 要 足 够 大 以 接 收 所 有 主 要 的 调 制 边 带 , 并且 要 求 测 量 峰 值 功 率 ( 频 谱 分 析 仪 设 置 为 “Max Hold”)。 标 准 的 频 谱 分 析 仪 带 宽设 置 包 括 1kHz、3kHz 和 10kHz 等 , 图 2 和 图 3 表 明 至 少 需 要 10kHz 带 宽 以 覆 盖载 波 波 瓣 和 两 个 主 要 边 带 。10kHz 带 宽 包 含 了 一 个 边 带 (8kHz 零 点 至 零 点 间 距 )和 一 小 部 分 邻 近 边 带 , 这 使 得 测 量 的 功 率 为 -46dBm, 比 一 个 边 带 的 实 际 功 率 大1dB。 峰 值 功 率 测 量 可 能 比 平 均 功 率 高 出 10dB, 从 而 会 将 测 量 功 率 提 高 到 -36dBm,刚 好 满 足 ETSI 要 求 。 对 于 8kbps 数 据 速 率 , 一 些 测 量 实 验 室 可 能 坚 持 使 用 30kHz的 分 辨 带 宽 来 接 收 所 有 主 要 的 调 制 边 带 , 而 这 会 将 测 量 值 提 高 到 -31dBm。 这 显 然超 过 了 ETSI 的 限 制 要 求 , 所 以 需 要 降 低 数 据 速 率 以 使 所 有 主 要 调 制 边 带 均 保 持在 10kHz 带 宽 之 内 。 为 了 保 证 三 个 波 瓣 均 在 10kHz 以 内 , 可 靠 的 数 据 速 率 是5kbps。 也 可 以 对 调 制 脉 冲 进 行 波 形 整 形 , 以 实 现 更 高 的 数 据 速 率 。 调 制 脉 冲 整形 可 以 极 大 地 降 低 更 高 阶 调 制 边 带 的 功 率 , 所 以 即 使 使 用 了 更 高 的 测 量 带 宽 , 频带 边 缘 处 的 功 率 还 是 会 低 很 多 。数 据 速 率 越 低 , 越 容 易 满 足 ETSI 的 限 制 要 求 。 图 6 所 示 是 用 1.5kHz 方 波 对433.92MHz、+10dBm 的 载 波 进 行 ASK 调 制 时 频 谱 分 析 仪 的 测 量 迹 线 , 该 结 果 是 频谱 分 析 仪 在 434.79MHz ( 零 扫 描 ) 处 用 3kHz 带 宽 测 量 得 到 的 。 这 相 当 于 3kbps 的数 据 速 率 。 该 迹 线 的 峰 值 幅 度 大 约 为 -45dBm, 相 对 于 +10dBm 载 波 为 -55dBc。 该结 果 与 距 离 载 波 频 率 870kHz 处 的 第 581 个 调 制 边 带 的 功 率 计 算 结 果 是 一 致 的 :相 对 于 +10dBm 为 -65dBc ( 或 -55dBm), 因 为 采 用 峰 值 检 波 器 , 会 在 此 基 础 上 增 加10dB。 即 使 采 用 10kHz 带 宽 , 该 调 制 也 满 足 ETSI 的 限 制 要 求 。

ww.autoelectronics.eetchina.com图 6. 在 434.79MHz 处 测 量 的 3kbps ASK 已 调 载 波 的 调 制 边 带 功 率 , 载 波 频 率 为433.92MHz。这 些 计 算 结 果 和 测 量 数 据 表 明 , 在 数 据 速 率 高 于 5kbps 时 , 为 了 在 欧 洲 的 434MHz频 段 内 辐 射 最 大 允 许 功 率 , 需 要 进 行 脉 冲 整 形 。 在 该 测 试 中 ,ASK 调 制 对 VCO 的瞬 态 牵 引 不 会 增 加 测 量 功 率 , 因 为 该 测 量 中 的 分 辨 带 宽 远 低 于 100kHz。ETSI 300 220-1 的 建 议 修 订 版 (2.1.1 版 本 , 与 现 有 的 1.3.1 版 本 相 对 ) 将 会 对 幅度 和 ASK 调 制 信 号 施 加 更 为 严 厉 的 限 制 。 它 在 该 测 量 中 甚 至 要 求 100kHz 的 分 辨带 宽 , 而 不 考 虑 边 带 结 构 。 该 版 本 目 前 还 没 有 被 采 纳 。 如 果 被 采 纳 , 在 两 到 三 年之 内 不 会 生 效 。杂 散 辐 射ETSI 300 220-1 第 8.7 节 这 样 定 义 杂 散 辐 射 : 不 考 虑 与 标 准 调 制 测 试 相 关 的 载波 和 边 带 频 率 辐 射 , 只 考 虑 其 他 频 率 范 围 的 功 率 辐 射 。 该 测 量 旨 在 找 出 无 意 混 频或 时 钟 谐 波 , 而 不 考 虑 通 过 调 制 载 波 所 得 到 的 谱 功 率 。 如 果 可 能 , 该 测 量 最 好 在未 调 制 载 波 的 情 况 下 进 行 , 这 样 就 不 用 再 考 虑 调 制 边 带 的 问 题 。 但 是 仍 然 需 要 考虑 测 量 带 宽 内 发 送 器 相 位 噪 声 的 功 率 电 平 。在 433.05MHz 至 434.79MHz 频 带 之 外 允 许 辐 射 的 最 大 功 率 是 -36dBm, 而 470MHz至 862MHz 频 带 范 围 不 包 括 在 内 , 该 频 率 范 围 的 辐 射 限 制 值 是 -54dBm。 该 功 率 测量 方 法 与 第 8.6 节 中 的 调 制 边 带 测 量 方 法 不 同 。 所 测 量 的 功 率 是 100kHz 带 宽 内的 平 均 功 率 。 这 说 明 噪 声 信 号 ( 比 如 相 位 噪 声 ) 在 距 离 载 波 频 率 870kHz 之 外 的 辐射 功 率 密 度 不 能 高 于 -86dBm/Hz (-36dBm 除 以 100kHz 带 宽 )。 如 果 发 送 器 的 CW功 率 是 +10dBm, 那 么 发 送 器 的 相 位 噪 声 密 度 应 该 低 于 -96dBc/Hz (-86dBm/Hz 除以 +10dBm 未 调 制 载 波 功 率 )。

ww.autoelectronics.eetchina.comMAX1472 和 MAX7044 的 相 位 噪 声 谱 密 度 大 约 为 -91dBc/Hz, 所 以 如 果 这 两 个 器 件辐 射 +10dBm 的 CW 功 率 , 则 其 杂 散 辐 射 比 ETSI 要 求 的 限 制 值 高 出 5dB。 如 果 这 两个 器 件 降 低 辐 射 功 率 (+5dBm), 则 可 以 满 足 ETSI 要 求 。 在 距 离 载 波 频 率 870kHz处 ,MAX1479 的 相 位 噪 声 谱 密 度 是 -98dBc/Hz, 所 以 按 照 ETSI 规 定 , 它 完 全 可 以辐 射 +10dBm 的 功 率 电 平 。 在 470MHz 至 862MHz 频 率 范 围 内 ,-54dBm 的 功 率 限 制要 求 可 换 算 成 -114dBc/Hz 的 相 位 噪 声 密 度 。Maxim 的 所 有 发 送 器 都 符 合 该 功 率 电平 要 求 , 因 为 该 频 带 的 低 频 边 缘 (470MHz) 远 离 载 波 , 所 以 辐 射 的 噪 声 仅 仅 来 自 于发 送 器 的 热 噪 声 基 底 。