電子元器件為當(dāng)代社會(huì)制造了無(wú)數(shù)的驚喜,石英晶體振蕩器作為電子元器件中之一,在電子產(chǎn)品中占有重要的地位.龍湖電子該篇文章目的是幫助工程師為長(zhǎng)距離無(wú)線ISM收發(fā)器設(shè)備的LoRa調(diào)制系列選擇合適的石英晶體振蕩器.有關(guān)石英晶體振蕩器規(guī)格和參數(shù)的更多信息.

LoRa調(diào)制是一種擴(kuò)頻技術(shù),它使用寬帶線性調(diào)頻脈沖對(duì)信息進(jìn)行編碼,信息的頻率在一定時(shí)間內(nèi)增加或減少.

與其他擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)一樣,LoRa使用整個(gè)信道帶寬來(lái)廣播信號(hào),使其對(duì)信道噪聲具有魯棒性.此外,因?yàn)長(zhǎng)oRa調(diào)制使用寬帶頻譜,所以它還能抵抗長(zhǎng)期相對(duì)頻率誤差,多徑衰落和多普勒效應(yīng).

LoRa調(diào)制晶體規(guī)格

LoRa調(diào)制的晶體規(guī)格見表1.可以看出,Semtech系列LoRa調(diào)制收發(fā)器的晶振規(guī)格與現(xiàn)有SemtechFSKISM收發(fā)器相似.由于Semtech收發(fā)器的內(nèi)部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路相似,因此沒有特殊的知識(shí)產(chǎn)權(quán)

需要調(diào)節(jié)振蕩器.

表1:典型晶體規(guī)格

頻率公差

加速度靈敏度

頻率公差

頻率或校準(zhǔn)容差,以ppm表示,通常是特定應(yīng)用的參數(shù).

通常,提供類似于勞拉的靈敏度性能的調(diào)制技術(shù),例如窄帶FHSS或高擴(kuò)頻因子DSSS,通常只需要幾ppm的石英晶體振蕩器容差來(lái)確保兩者頻率和符號(hào)速率精度.

如前所述,LoRa調(diào)制技術(shù)不受相對(duì)初始頻率的影響發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的誤差(以及隨后的符號(hào)速率容差).

這種對(duì)頻率和符號(hào)容差的免疫力如圖1所示.

作為頻率偏移(125千赫帶寬)的函數(shù)

圖1:相對(duì)晶體振蕩器頻率偏移

該圖表明,通常25%的LoRa調(diào)制帶寬的頻率容差可以承受,并且仍然保持10%的PER鏈路.這與當(dāng)前的高預(yù)算系統(tǒng)相比是有利的.

加速度靈敏度

加速度靈敏度是對(duì)石英晶振加速度靈敏度的測(cè)量,描述了短期或瞬時(shí)頻率誤差.

受到加速度或機(jī)械沖擊的晶體振蕩器的串聯(lián)諧振頻率與沒有加速度的相同振蕩器略有不同.已經(jīng)觀察到,相對(duì)于施加到晶體的坐標(biāo)系,頻移的大小與加速度的大小和方向成比例.[2]

這種效應(yīng)的一種表現(xiàn)可以考慮在晶體受到加速度循環(huán)的情況下fV比率:

圖2:一個(gè)振動(dòng)周期中的瞬時(shí)頻率

每個(gè)曲線圖顯示了在n/4*fV時(shí)間段采樣的瞬時(shí)輸出頻率.如果我們考慮這個(gè)比率加速度為正弦時(shí),可以觀察到瞬時(shí)頻率偏差出現(xiàn)在施加正弦力的波峰和波谷.

可以看出,瞬時(shí)頻率偏差的大小與加速度的瞬時(shí)幅度成正比.[2]

這實(shí)際上可以通過觀察加速度或沖擊對(duì)鎖相環(huán)載波頻譜的影響來(lái)觀察,鎖相環(huán)載波采用的晶體振蕩器沒有指定低靈敏度晶振,如圖3所示.

對(duì)晶體施加加速力會(huì)引起頻率的瞬時(shí)變化.瞬時(shí)頻率的表觀振幅僅受測(cè)量?jī)x器的限制.

圖3:沖擊加速度對(duì)晶體參考鎖相環(huán)傳輸載波的影響

正如已經(jīng)指出的,瞬時(shí)頻移的幅度也與相對(duì)于施加到晶體上的坐標(biāo)系的加速度方向成比例.如圖4所示,可以觀察到合成加速度矢量與加速度γG的大小成比例,和應(yīng)用的相對(duì)角度(θ,φ).[3]

圖4:相對(duì)于晶體封裝的加速度大小

推薦的晶體制造商

熟悉全球定位系統(tǒng)接收器設(shè)計(jì)要求的晶振廠家能夠?yàn)榻o定的應(yīng)用推薦合適的晶體,并且還可以就方向提出建議.

負(fù)載電容必須從外部施加,并適應(yīng)晶體的實(shí)際克勞德規(guī)格,使LO頻率居中.負(fù)載電容值可能會(huì)因所選晶體零件號(hào)和印刷電路板設(shè)計(jì)而略有不同.

目前SemtechLoRa收發(fā)器參考設(shè)計(jì)僅使用來(lái)自以下制造商的32MHzlowG靈敏度晶體.通過選擇以下所需的零件號(hào),直接聯(lián)系晶體制造商銷售代表了解更多詳情和規(guī)格:

結(jié)論

由于LoRa調(diào)制包含相對(duì)時(shí)間和頻率信息,因此可以推斷任何短期頻率變化都可能導(dǎo)致編碼數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢測(cè).

因此,對(duì)于那些可能受到加速力(例如沖擊或振動(dòng))的應(yīng)用,例如SX1272收發(fā)器在移動(dòng)鏈路(例如手持或車載應(yīng)用)中實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用,建議使用lowG貼片晶振作為參考振蕩器.

此外,由于合成加速度矢量既有幅度分量,也有角度分量,因此應(yīng)注意確保晶體和印刷電路板方向都將加速度矢量降至最低.