FM-SCA射頻接收系統二本振電路的設計與分析

　　近年來國際上出現了利用調頻（FM）廣播副載波進行高速數據傳輸的技術。由于這種技術具有數據傳輸速率高、不額外占用頻率資源、抗干擾能力強等優(yōu)點，因此，通過調頻廣播輔助信道開展通信業(yè)務-SCA（Subsidiary Communication Authorization）得到了很大發(fā)展。

　　高頻振蕩電路廣泛地應用在電子系統及設備中。當今隨著通信的飛速發(fā)展，對本振性能的要求也越來越高。有關振蕩器的理論、設計和技術在近年來也得到了不斷的發(fā)展。在射頻接收電路中，本地振蕩信號源（高頻振蕩器）一般采用正弦波振蕩器，對振蕩器提出的主要指標為振蕩頻率和振蕩幅度的精確性與穩(wěn)定性。正弦波振蕩電路主要包括LC振蕩電路和RC振蕩電路。在要求本地振蕩信號頻率精度較高的應用中，晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度比陶瓷振蕩電路要高，可以超過10 -5數量級。但由于受晶體晶片本身的局限，在幾百kHz頻段時的昌振體積就很大，不適用于小型化的無線尋呼接收機。由于SCA無線數據傳輸信息是經過兩次不同的調制（FSK調制和FM調制）后，與調頻廣播臺其它信息一起，由調頻電臺發(fā)射天線發(fā)射到空間的[1]，所以FM-SCA無線數據傳輸接收終端在接收到主載波的復合信號后，需經過兩次解調才能還原出原來的數據信息，即：首先，通過天線接收且高頻放大后，經第一次混頻、第一中頻濾波、第一次解調輸出 SCA信號，此信號是FSK信號。然后，必須再進行一次解調才能還原出FM-SCA信息，即經第二次混頻、第二中頻濾波、第二次解調、低通濾波，最后得到數字信號。所以二本振電路在FM-SCA射頻接收電路中占有很重要的地位。然而，在SCA射頻接收電路中[2]，根據超外差接收原理，其二本振聽頻率為 522kHz（67kHz+455kHz）。由于該頻段內石英晶體的體積很大，不利于實現SCA射頻接收的小型化，因此，二本振電路采用了陶瓷振子振蕩電路。

　　一、陶瓷振子的特性

　　陶瓷振子的頻率覆蓋范圍從千赫范圍茲到兆赫茲之間，其頻率穩(wěn)定性介于LC/RC和石英晶體振蕩器之間。它具有尺寸小、起振性能好、無需調整等優(yōu)點。

　　陶瓷振子的等效電路如圖1所示，與石英晶體的等效電路一致，但其Q值比石英晶體差。測試522kHz 陶瓷振子的特性，可知該陶瓷振子在498～531kHz 范圍內，振子呈感性，且動態(tài)電感極大，Q值很高，是振子在振蕩器中的應用范圍。超過此范圍振子呈容性，不滿足相位條件，將不產生振蕩。

　　二、二本振電路的設計

　　由于現在幾乎所有的FSK解調芯片都把振蕩器集成其中。MC3374也同樣如此，所以二本振電路的結構比較簡單，只需在片外接晶振與振蕩回路所需的電路即可。只要電容值適錄，就可以實現二本振的穩(wěn)定振蕩。

　　1.理論分析

　　參閱MC3374資料，在SCA射頻接收中，二本振的振蕩電路如圖2（a）所示[2]。圖2(b)為該振蕩電路的計算分析等效電路，即把二本振電路分為諧振器和有源網絡兩部分[3]：諧振器部分的阻抗是頻率的函數，尤其在諧振點附近隨著頻率變化而發(fā)生較大變化；有源網絡部分的阻抗隨頻率變化的幅度不大，而且與電路的電源電壓及直流偏置參數還一定關系。

　　利用線性負阻分析方法可得振蕩電路圖2（b）的交流等效電路，如圖3所示。通過推導，可得出該電路的阻抗為

　　雖然利用上式求解振蕩頻率，不僅計算麻煩，而且結果也不精確，但是從該式可以看出振蕩頻率與C1、 C2的關系。Zact=Ract+jXact，當C1減小時，Ract的絕對值變大，Xact的絕對值也變大；或當C2減小時，Ract的絕對值也變大， Xact的絕對值也變大，都會引起振蕩電路的頻率變高。

　　2.SPICE模擬

　　在工程估算的基礎上，采用SPICE模擬，進一步較為精確地確定振蕩元器件參數，以備實際設計的使用。

　　通過對圖2（b）所示拆分的振蕩電路分別進行AC分析，再稍作處理，可以得到較為精確的諧振頻率，而且分析速度快。在進行SPICE模擬時，將電路分為諧振器和有源網絡兩部分，分別加以1A的交流激勵電流，然后對其進行AC分析，可得到不同頻率點的Vact和Vpas(即Zact和Zpas)。設 Vtotal="Vact"+Vpas，在Vtotal的虛部為零、實部為負的頻率點即為電路的諧振點。圖4即為交流分析結果。

　　圖4中：A、D曲線對應的是C1=C2=330pF；B、E曲線對應的是C1=C2=230pF； C、F曲線對應的是C1=C2=130pF。它們均能滿足起振條件，并可以得到相應的振蕩頻率分別為： 522.468kHz、524.955kHz、528.570kHz。由此可見，C1、C2改變時，振蕩頻率分跟著發(fā)生少量變化，變化趨勢如圖5所示。