- 介绍
本应用笔记旨在帮助工程师为LoRa®调制系列远程无线ISM收发器器件选择合适的晶体振荡器。
建议结合Semtech应用笔记AN1200.07“提高晶体振荡器的精度”阅读本应用笔记，以获取有关晶体振荡器规格和参数的更多信息。
- LoRa®调制
LoRa®调制是一种扩频技术，它使用宽带线性调频脉冲来编码信息， 其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， 由于 LoRa® 调制使用宽带的频谱， 它还能够抵抗长期相对频率误差， 多路径衰落和多普勒效应.
- LoRa®调制的晶振需求
LoRa®调制的晶体规格如表1所示.可以看出，Semtech的LoRa®调制收发器系列的晶体规格与现有的Semtech FSK ISM收发器相似。由于Semtech收发器的内部振荡器驱动电路相似，因此不需要特殊的IP来调节振荡器。
表1：典型晶体规格
1 Rs大于40欧姆的晶振仅用于SX1276的设计
2 Rs小于40欧姆的晶振可同时用于SX1272与SX1276的设计
3 参考第4节
有两种晶体规格需要进一步分析：
- 频率容差（Frequency Tolerance ）
- G或加速度灵敏度（Acceleration Sensitivity ）
3.1. 频率容差
频率或校准容差（以ppm表示）通常是特定于应用的参数。
通常，提供类似于LoRa®灵敏度性能的调制技术，如窄带FHSS或高扩频因子DSSS，通常需要只有几ppm的晶体振荡器容差，以确保频率和符号速率精度。
如前所述， LoRa®调制技术不受发射器和接收器之间的相对初始频率误差的影响 （以及随后的符号速率容差）.
这种对频率和符号容差的抗扰度如图1所示。
图 1：LoRa® PER 与相对晶体振荡器频率偏移
该图表明，通常可以承受 LoRa® 调制带宽的 ±25% 的频率容差，并且仍然保持 10% 每链路.这与当前的高链路预算系统相比具有优势。
3.2. G–加速度灵敏度
G或加速度灵敏度是晶体振荡器对加速度灵敏度的测量值，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，频移的大小与相对于应用于晶体的坐标系的加速度的大小和方向成正比。[3]
这种效应的表示可以考虑在晶体以fV的速率加速循环的情况下：
图 2：一个振动周期内的瞬时频率
每个图显示了在n/4*fV时间段采样的瞬时输出频率。如果我们认为加速度是正弦的，则可以观察到瞬时频率偏差发生在施加的正弦力的波峰和谷值处。
可以证明，瞬时频率偏差的大小与加速度的瞬时幅度成正比。[3]
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，锁相环载波由未指定低G灵敏度晶体的晶体振荡器实现，如图3所示。
对晶体施加加速力会导致频率的瞬时变化。瞬时频率的视幅值仅受测量仪器的限制。
图 3：冲击加速度对以晶体为参考的 PLL 传输载波的影响
如前所述，瞬时频移的大小也与相对于应用于晶体的坐标系的加速度方向成正比。如图4所示，可以观察到，合成加速度矢量与加速度的大小ΓG和应用的相对角度（Θ，Φ）成正比。[4]
图 4：相对于晶体封装的加速度幅度
- 结论
由于 LoRa® 调制包含相对时间和频率信息，因此可以推断出任何短期频率方差都可能导致编码数据检测不正确.
因此，建议对于可能受到加速力（例如冲击或振动）的应用，例如SX1272收发器在移动链路中实现（例如手持式或车载应用），则使用低G晶体作为参考振荡器。
此外，由于合成加速度矢量同时具有幅度和角度分量，因此应注意确保晶体和PCB方向使加速度矢量最小化。
- 推荐晶体制造商
熟悉GPS接收机设计要求的晶体制造商能够为给定应用推荐合适的晶体，还可以就方向提供建议。
负载电容必须施加在外部，并适应晶体的实际Cload规格，以使LO频率居中。负载电容器值可能略有不同，具体取决于所选的晶体部件号和 PCB 设计。
目前，Semtech LoRa®收发器参考设计仅使用以下制造商的32 MHz低G灵敏度晶体。通过选择以下所需的料号，直接联系晶体制造商销售代表以获取更多详细信息和规格：
表 2： LoRa® 调制推荐晶体制造商
1 Rs大于40欧姆的晶振仅用于SX1276的设计
2 Rs小于40欧姆的晶振可同时用于SX1272与SX1276的设计
- 如果需要，推荐用于特定应用的 32 MHz TCXO 制造商
表 3： LoRa® 调制推荐的 TCXO 制造商
- 参考文档
[1] Semtech Application Note AN1200.07, “Improving the Accuracy of a Crystal Oscillator” http://www.semtech.com/apps/filedown/down.php?file=xo_precision_std.pdf
[2] “The Acceleration Sensitivity of Quartz Crystal Oscillators: A Review”, Raymond L Filler (IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 35, No.3 May 1988)
[3] Greenway Industries Application Note, “Acceleration Sensitivity of Characteristics of Quartz Crystal Oscillators”
评论