为长距离无线收发器设备系列选择合适石英晶体振荡器

电子元器件为当代社会制造了无数的惊喜,石英晶体振荡器作为电子元器件中之一,在电子产品中占有重要的地位.龙湖电子该篇文章目的是帮助工程师为长距离无线ISM收发器设备的LoRa调制系列选择合适的石英晶体振荡器.有关石英晶体振荡器规格和参数的更多信息.

LoRa调制是一种扩频技术,它使用宽带线性调频脉冲对信息进行编码,信息的频率在一定时间内增加或减少.

与其他扩频调制技术一样,LoRa使用整个信道带宽来广播信号,使其对信道噪声具有鲁棒性.此外,因为LoRa调制使用宽带频谱,所以它还能抵抗长期相对频率误差,多径衰落和多普勒效应.

LoRa调制晶体规格

LoRa调制的晶体规格见表1.可以看出,Semtech系列LoRa调制收发器的晶振规格与现有SemtechFSKISM收发器相似.由于Semtech收发器的内部振荡器驱动电路相似,因此没有特殊的知识产权

需要调节振荡器.

表1:典型晶体规格

频率公差

加速度灵敏度

频率公差

频率或校准容差,以ppm表示,通常是特定应用的参数.

通常,提供类似于劳拉的灵敏度性能的调制技术,例如窄带FHSS或高扩频因子DSSS,通常只需要几ppm的石英晶体振荡器容差来确保两者频率和符号速率精度.

如前所述,LoRa调制技术不受相对初始频率的影响发射机和接收机之间的误差(以及随后的符号速率容差).

这种对频率和符号容差的免疫力如图1所示.

作为频率偏移(125千赫带宽)的函数

图1:相对晶体振荡器频率偏移

该图表明,通常25%的LoRa调制带宽的频率容差可以承受,并且仍然保持10%的PER链路.这与当前的高预算系统相比是有利的.

加速度灵敏度

加速度灵敏度是对石英晶振加速度灵敏度的测量,描述了短期或瞬时频率误差.

受到加速度或机械冲击的晶体振荡器的串联谐振频率与没有加速度的相同振荡器略有不同.已经观察到,相对于施加到晶体的坐标系,频移的大小与加速度的大小和方向成比例.[2]

这种效应的一种表现可以考虑在晶体受到加速度循环的情况下fV比率:

图2:一个振动周期中的瞬时频率

每个曲线图显示了在n/4*fV时间段采样的瞬时输出频率.如果我们考虑这个比率加速度为正弦时,可以观察到瞬时频率偏差出现在施加正弦力的波峰和波谷.

可以看出,瞬时频率偏差的大小与加速度的瞬时幅度成正比.[2]

这实际上可以通过观察加速度或冲击对锁相环载波频谱的影响来观察,锁相环载波采用的晶体振荡器没有指定低灵敏度晶振,如图3所示.

对晶体施加加速力会引起频率的瞬时变化.瞬时频率的表观振幅仅受测量仪器的限制.

图3:冲击加速度对晶体参考锁相环传输载波的影响

正如已经指出的,瞬时频移的幅度也与相对于施加到晶体上的坐标系的加速度方向成比例.如图4所示,可以观察到合成加速度矢量与加速度γG的大小成比例,和应用的相对角度(θ,φ).[3]

图4:相对于晶体封装的加速度大小

推荐的晶体制造商

熟悉全球定位系统接收器设计要求的晶振厂家能够为给定的应用推荐合适的晶体,并且还可以就方向提出建议.

负载电容必须从外部施加,并适应晶体的实际克劳德规格,使LO频率居中.负载电容值可能会因所选晶体零件号和印刷电路板设计而略有不同.

目前SemtechLoRa收发器参考设计仅使用来自以下制造商的32MHzlowG灵敏度晶体.通过选择以下所需的零件号,直接联系晶体制造商销售代表了解更多详情和规格:

结论

由于LoRa调制包含相对时间和频率信息,因此可以推断任何短期频率变化都可能导致编码数据的错误检测.

因此,对于那些可能受到加速力(例如冲击或振动)的应用,例如SX1272收发器在移动链路(例如手持或车载应用)中实现的应用,建议使用lowG贴片晶振作为参考振荡器.

此外,由于合成加速度矢量既有幅度分量,也有角度分量,因此应注意确保晶体和印刷电路板方向都将加速度矢量降至最低.