ZF-Transceiver baustein MAX2211
Der MAX2511 ist ein kompletter, hochintegrierter FM-ZF-Transceiver-Baustein fur alle Anwendungen, in denen eine Funkgerate-Architektur mit doppelter Umsetzung bentitigt wird. Der MAX25I I kann auch als Transceiver mit einfacher Umsetzung verwendet werden, wenn die Betriebsfrequenz im HF-Bereich von 200 bis 440 MHz liegt.
Bild 1: Anschlussbelegung des MAX2511 von Maxim Integrated Circuits im QSOP-Gehause.
In einer typischen Anwendung setzt der Empfanger ein hohes ZF/HF-Signal zwischen 200 MHz und 440 MHz an seinen RXIN-Eingangen mit einem aus zwei Doppel-Balance-Mischern bestehenden sogenannten Quadratur-Mischer auf eine niedrige ZF von 10,7 MHz urn. Mit diesem Mischer kann Empfang auf der Spiegelfrequenz urn bis zu 34 dB unterdrackt werden, was die Anforderungen an die Filter vor dem RXINEingang verringert. Das gewünschte ZF-Signal entsteht nach Summierung der Mischer-Ausgangssignale, die zuvor noch um 90° gegeneinander in der Phase verschoben werden. Dem Summierer folgt ein ZF-Puffer, der ein externs ZF-Filter ansteuem kann.
Sein Ausgangssignal wird dem Eingang des auf dem Chip befindlichen BegrenzerVerstarkers zugeführt, der gleichzeitig zur Erzeugung des sogenannten RSSI-Signals verwendet wird. Dieses Signal liefert einen zum Logarithmus der Eingangsfeldstarke proportionalen Ausgangsstrom. Die Schaltung erreicht immerhin einen Dynamikumfang von 90 dB und wird zum Beispiel in zellularen Funknetzen dazu verwendet, die Leistung eines Mobilfunkgerates proportional zur empfangenen Feldstarke der zustandigen Basisstation zu regein. Je starker die Basisstation, oder aber die Gegenstation einer Zweiweg-Datenübertragungsstrecke, einfallt, urn so geringer kann die HFAusgangsleistung sein, was erheblich zur Stromersparnis beitragt. Am Ausgang des Limiters ist ein robuster Begrenzer-Ausgangstreiber angeordnet, von dem aus das 10,7-MHz-ZF-Signal einem nachfolgenden Demodulator zugefahrt werden kann.
Im unteren Teil des Blockdiagramms in Bild 1 ist der Sendeteil des Transceivers zu erkennen, dem ein bereits moduliertes 10,7-MHz-FM-Signal zugefahrt werden muss. Dieses ZF-Signal durchlauft darn einen Phasenschieber, der zwei um 90° in der Phase verschobene ZF-Signale erzeugt. Diese in sogenannter Quadratur zueinander liegenden Hf-Spannungen werden anschliel3end wieder mit zwei Doppel-Balan ce-Mischern, die ebenfalls von zwei um 90° gegeneinander phasenverschobenen Oszillatorspannungen angesteuert werden, auf die gewanschte Sender-Ausgangsfrequenz im Bereich 200 bis 440 MHz umgesetzt. Das hochgemischte ZF-Signal durch'duff nach dem Mischer zunachst wieder einen Summierer und anschliel3end einen geregelten Vorverstarker mit einer Dynamik von 40 dB und hohem Intermodulationsabstand 3. Ordnung von besser als -35 dBc. Die nachgeschaltete, von einer Schaltung zur Verstarkungsregelung und Vorspannungserzeugung gesteuerte Endstufe, liefert einen Output von +2 dBm.
Die recht aufwendige Art der Signalumsetzung mit Quadraturmischung entspricht dem bei der Phasenmethode für die Erzeugung eines Einseitenbandsignals verwendeten Verfahren. Es wird in der kommerziellen Mobilfunktechnik aberall dort angewandt, wo man bei Mischprozessen eine weitgehende Unterdrackung der prinzipbedingt vorhandenen Spiegelfrequenzen erreichen will. Das Ergebnis ist beim Sendermischer ein spektral sehr reins Ausgangssignal, das mit weiteren Treiber- und Endstufen auf die benotigte Ausgangsleistung verstarkt werden muss, wahrend der Quadraturmischer beim Empfang Storungen durch Signale auf der Spiegelfrequenz verhindert. Ein Aufbau der erforderlichen Schaltungsstufen mit diskreten Bauelementen wurde naturlich einen extrem ho-hen Aufwand und sorgfaltigsten Autbau und Abgleich erfordern, da die Quadraturmischer in dieser Hinsicht sehr kritisch sind. Da diese Voraussetzungen durch die Integration alter Stufen und Verbindungen auf einem Chip aber leichter zu erfüllen sind, selbst bei den hier schon recht hohen Frequenzen, wird dieses sehr vorteilhafte Mischprinzip sehr haufig verwendet.
Bild 2: Das Blockdiagramm des MAX2511 zeigt den sehr komplexen inneren Aufbau der Schaltung auf dem Chip: In der oberen Halfte ist der Empfangsmischer mit nachgeschaltetem Begrenzer-Verstarker, in der unteren Halfte der Sendermischer zu sehen, der ein bereits FM-moduliertes Signal auf die gewünschte HF umsetzt. Eine VCO-Schaltung mit Phasenschieber und Ausgangspuffer ist in der Mitte zu erkennen.
Auf dem Chip befindet sich auch eine VCO-Schaltung, die natürlich noch extern an den beiden TANK-Anschlüssen mit einem Schwingkreis und Varicap-Dioden zur Frequenz-Nachsteuerung beschaltet werden muss (siehe Bild 3). Dieser VCO kann in eine PLL-Schaltung mit programmierbarem Teiler eingefügt werden, sodass eine von einem Mikrocontroller gesteuerte Frequenzeinstellung moglich ist. Hinter dem VCO befindet sich auf dem Chip eine weitere Phasenschieber-Schaltung zur Erzeugung der in Quadratur zueinander liegenden Oszillatorsignale für den RX- und TXMischer. Über einen zusatzlichen PufferAusgang steht rückwirkungsfrei das VCOSignal zur Einspeisung in einen Prescaler in der PLL-Schaltung zur Verfügung.
Bild 3: Typische externe Beschaltung des MAX2511 els komplettes ZF-Teil eines FM-Transceivers fur Mobil- oder Daten funk mit Begrenzer und RSSI-Ausgang zur Messung der Empfangsfeldstarke. Da alle RX- und TX-Ein- bzw. Ausgünge symmetrisch ausgeführt sind, mussen entsprechende Ein- und Ausgangsübertrager vorgesehen werden. Die Bandbreite des externen 10,7-MHz-ZF-Filters richtet sich nach dem verwendeten FM-Hub.
Der MAX2511 kann mit sehr niedrigen Betriebsspannungen von 2,7 bis 5,5 V arbeiten. Zur Stromerspamis ist die Moglichkeit zur vierstufigen Einstellung des Betriebszustandes vorgesehen, so dass der Strombedarfim abgeschalteten Zustand bis auf 0,1 µA absinkt.
Für Anwendungen, bei denen schon das Basisbandsignal des Senders in sogenannter I/Q-Form, also mit zwei Signalkomponenten mit 90° Phasenverschiebung zur Verftigung steht, kann der MAX2510 von Maxim eingesetzt werden. Er entspricht in seinen sonstigen technischen Eigenschaften dem MAX2511, setztjedoch l/Q-Basisband-Signale zunachst mit einem Quadratur-Mischer auf 10,7 MHz um.
Der MAX2511 kann sehr universell in schnurlosen Telefonen, in 400-MHz-ISM-Transceivern für industrielle Anwendungen sowie allgemein in alien Anwendungen für drahtlose Datenübertragung usw. eingesetzt werden. Hier noch einmal die wichtigsten Eigenschaften des MAX2511 im Uberblick:
- Betriebsspannung: +2,7 bis +5,5 V
- Strombedarf: 0,1 µA im Shutdown-Modus
- Empfangspfad: 200 bis 440 MHz (erste ZF) auf 8 MHz bis 13 MHz (zweite ZF)
- Sendepfad: 8 MHz bis 13 MHz (erste ZF) auf 200 bis 440 MHz (zweite ZF)
- Begrenzerstufe mit differentiellen Ausgangen mit einstellbarem Pegel
- RSSI-Funktion mit einem durchgehenden Dynamikbereich von 90 dB
- Oszillator mit Spannungsregler und Puffer auf dem Chip
- Modernes Power-Management mit vier Stufen zur Stromersparnis
- Temperaturbereich: -40 bis +85°C
- Gehause: 28-poliges QSOP
Bild 4: Typische Filterbeschaltung des ZF-Transceiver-Bausteins. Da sich Sender und Empfanger verschiedene extern Filter und Anpassschaltungen teilen können, verringert sich der erforderliche Schaltungsaufwand deutlich.