TDA7200 - Product Information in Chinese

数据手册
TDA7200
ASK/FSK 单转换接收器
版本 1.0
无线控制组件
V 1.0
2007 年 5 月
版本 2007-05-02
英飞凌科技股份公司发布
Am Campeon 1-12
85579 Neubiberg, Germany
©英飞凌科技股份公司 2007-05-02
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数据手册
TDA7200
ASK/FSK 单转换接收器
版本 1.0
无线控制组件
V 1.0
2007 年 5 月
TDA7200
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目录
1.
2.
产品说明.................................................................................................................................................7
1.1.
概述 ................................................................................................................................................7
1.2.
特性 ................................................................................................................................................7
1.3.
应用 ................................................................................................................................................8
功能说明.................................................................................................................................................9
2.1.
管脚配置........................................................................................................................................9
2.2.
管脚定义和功能 .........................................................................................................................10
2.3.
功能框图......................................................................................................................................21
2.4.
功能模块说明..............................................................................................................................21
2.4.1.
2.4.2.
2.4.3.
2.4.4.
2.4.5.
2.4.6.
2.4.7.
2.4.8.
2.4.9.
2.4.10.
3.
4.
应用.......................................................................................................................................................28
3.1.
应用电路......................................................................................................................................28
3.2.
数据滤波器的设计 .....................................................................................................................31
3.3.
晶体负载电容计算 .....................................................................................................................33
3.4.
晶体频率计算..............................................................................................................................34
3.5.
数据限幅器阈值生成 .................................................................................................................35
3.6.
ASK/FSK-数据路径功能说明...................................................................................................36
3.7.
FSK 模式......................................................................................................................................37
3.8.
ASK 模式.....................................................................................................................................40
3.9.
预充电路的原理 .........................................................................................................................40
参考.......................................................................................................................................................45
4.1.
电气数据......................................................................................................................................45
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.1.4.
5.
低噪放大器(LNA) .........................................................................................................21
混频器 .................................................................................................................................23
PLL 合成器 .........................................................................................................................23
晶振 .....................................................................................................................................23
限制器 .................................................................................................................................24
FSK 解调器 .........................................................................................................................25
数据滤波器 .........................................................................................................................26
数据限幅器 .........................................................................................................................26
峰值检测器 .........................................................................................................................27
带隙基准电路 .....................................................................................................................27
绝对最大额定值 .................................................................................................................45
工作范围 .............................................................................................................................46
TAMB=25℃时的 AC/DC 参数 ............................................................................................47
TAMB=-20℃…+70℃时的 AC/DC 参数 ...........................................................................55
4.2.
测试电路......................................................................................................................................61
4.3.
测试板版图..................................................................................................................................62
4.4.
材料清单......................................................................................................................................63
封装概述...............................................................................................................................................66
1. 产品说明
1.1. 概述
该芯片是一款频带范围在 400 到 440MHz 之间的具有极低功耗的单芯片
FSK/ASK 超外差接收器。该芯片具有较高的集成度,仅需要极少的外部组件。
它包含了一个低噪放大器(LNA)
,一个双平衡混频器,一个完全集成的 VCO,
一个 PLL 合成器,一个晶振,一个带有 RSSI 生成器的限制器,一个 PLL FSK
解调器,一个数据滤波器,一个具有两种可选阈值模式的先进的数据比较器(限
幅器)和一个峰值检测器。另外,它还具有可减小电流以延长电池使用时间的电
源关断模式,以及两种可选的生成数据限幅器阈值的方式。
1.2. 特性
z
低电源电流(FSK 模式下的典型值 Is=5.7mA, ASK 模式下的典型值
Is=5.0mA)
z
电源电压范围 5V ± 10%
z
具有极低电源电流(典型值为 50nA)的电源关断模式
z
FSK 和 ASK 解调功能
z
完全集成的 VCO 和 PLL 合成器
z
在指定的温度范围内(-20 到+70℃),FSK 灵敏度优于-100dBm
z
带有 RSSI 生成器的限制器,工作频率为 10.7MHz
z
带有外部电容的二阶低通数据滤波器
z
有两种可选阈值模式的数据限幅器(参见 2.4.8 节)
1.3. 应用
z
远程控制系统
z
报警系统
z
低比特率通信系统
表1
订购信息
类型
订购编码
封装
TDA7200
SP000296473
PG-TSSOP-28
2. 功能说明
2.1. 管脚配置
图1
CRST1
1
28
CRST2
VCC
2
27
PDWN
LNI
3
26
PDO
TAGC
4
25
DATA
AGND
5
24
3VOUT
LNO
6
23
THRES
VCC
7
22
FFB
MI
8
21
OPP
MIX
9
20
SLN
AGND
10
19
SLP
PTST
11
18
LIMX
IFO
12
17
LIM
DGND
13
16
SSEL
VDD
14
15
MSEL
管脚配置
TDA 7200
2.2. 管脚定义和功能
表2
管脚
管脚定义和功能
符号
等效 I/O 电路图
功能
编号
1
CRST1
外部晶体连
接器 1
4.15V
1
50uA
2
VCC
3
LNI
5V 电源
LNA 输入
57uA
3
500uA
4k
1k
管脚
符号
等效 I/O 电路图
功能
编号
4
TAGC
AGC
4.3V
时间常
数控制
4.2uA
4
1k
1.5uA
1.7V
5
AGND
模拟地
回路
6
LNO
5V
LNA 输
出
1k
6
7
VCC
5V
电
源
8
MI
1.7V
2k
9
混频器
输入
2k
MIX
8
9
互补混
频器输
入
管脚
符号
等效 I/O 电路图
功能
编号
10
AGND
模拟地回
路
11
PTST
12
IFO
必须悬空
10.7MHz
IF 混频器
300uA
2.2V
输出
60
12
4.5k
13
DGND
数字地回
路
14
VDD
5V 电 源
(PLL 计
数 器 电
路)
15
ASK/FSK
MSEL
1.2V
40k
15
调制格式
段
16
SSEL
数据限幅
1.2V
器
40k
16
基准电平
段
管脚
符号
等效 I/O 电路图
功能
编号
17
LIM
2.4V
限制器输
15k
18
LIMX
入
17
互补限制
75uA
330
器输入
18
15k
19
SLP
数据限幅
15uA
100
3k
器
正极输入
19
80µA
20
SLN
数据限幅
5uA
10k
20
器
负极输入
管 脚 编 符号
等效 I/O 电路图
功能
号
21
OPP
运算放
5uA
大器
200
无反相
21
输入
22
FFB
数据滤
5uA
100k
波器
反馈管
22
脚
23
THRES
AGC 阈
5uA
值输入
10k
23
24
3VOUT
24
3V 基准
20kΩ
3.1V
输出
25
DATA
数据输
出
500
25
40k
管脚
符号
等效 I/O 电路图
功能
编号
26
PDO
峰值检测
输出
26
446k
27
PDWN
27
电源关断
220k
输入
220k
28
CRST2
外部晶体
4.15V
28
50uA
互连器 2
2.3. 功能框图
VCC
IF
Filter
MSEL
H=ASK
L=FSK
6
3
9
IFO
LIM
X
LIM
12
17
FFB
18
SLP
21
19
SLN
20
Logic
+ CM
LNA
LIMITER
TAGC
OPP
22
15
+FSK
- ASK
+
TDA 7200
4
25 DATA
+ CP
-
-
FSK
PLL Demod
16 SSEL
DATASLICER
OP
-
LNI
8
+
RF
MI
X
MI
LNO
PEAK
DETECTOR
PDO
26
OTA
:2
VCC
VCO
23
: 64
Φ
DET
U REF
CRYSTAL
OSC
AGC
Reference
THRES
24 3VOUT
14
Bandgap
Reference
Loop
Filter
DGND
13
2,7
5,10
1
28
11
PTST
VCC AGND
27
PDWN
Crystal
图2
功能框图
2.4. 功能模块说明
2.4.1.低噪放大器(LNA)
LNA 是一个电压增益在 15 到 20dB 之间的片上级连放大器。
增益系数由位于 LNA
输出 LNO(管脚 6)和混频器输入 MI 和 MIX(管脚 8 和 9)之间的 LNA 前端外
部匹配网络决定。LNA 的噪声系数约为 3dB,电流消耗为 500µA。增益可降低
约 18dB。通过在 THRES 管脚上(管脚 23)加载一个阈值电压,可以实现在外
部决定该 AGC 行为的开关点。这个电压在内部同限制器电路所生成的接收信号
(RSSI)电平进行比较。当 RSSI 电平高于阈值电压时,LNA 的增益将被降低,
反之亦然。阈值电压可以通过在提供由内部带隙电压生成的温度稳定的 3V 输出
的 3VOUT 管脚(管脚 24)和 3.1 节中所描述的 THRES 管脚之间加上一个分压
器来生成。AGC 行为的时间常数可以通过在 TAGC 管脚(管脚 4)上连接一个
电容来确定,应该根据期望工作条件和工作时期望的干涉状态来同时选择 AGC
行为的时间常数和适当的阈值电压。AGC 时间常数和阈值电压的最佳值如 3.1
节所述。
2.4.2.混频器
双平衡混频器通过利用一个局部振荡信号的高-或者低端注入将范围在 400 到
440MHz 的输入频率(RF)下变频到 10.7MHz 的中频(IF)
,其电压增益约为
21dB。当混频器仅通过单端连接时,未使用的混频器输入必须通过一个电容固
接到地上。为了防止 RF 信号出现在 IF 输出(IFO 管脚)上,混频器之后连接
了一个转角频率为 20MHz 的低通滤波器。IF 输出在内部由一个源阻抗约为
330 Ω 的射极跟随器组成,从而使得无需额外的匹配电路即可方便地直接将该管
脚同标准的 10.7MHz 陶瓷滤波器相连。
2.4.3.PLL 合成器
锁相环合成器由一个 VCO,一个异步分频器链,一个带有电荷泵和环滤波器的
相位检测器组成,采用完全片上实现方式。VCO 中包含螺旋电感和变容二极管。
在所有的产品和指定的温度范围内,
可保证 VCO 的频率范围为 820 到 860MHz。
振荡器的信号被同时输入到合成器的分频器链和下变频混频器中。VCO 信号在
输入到混频器中之前被除以 2。接收信号频率范围取决于使用局部振荡器的高还是低端注入功能,为 400 到 420MHz 和 420 到 440MHz-参见 3.4 节。
2.4.4.晶振
需要的晶体负载电容值得计算如 3.3 节所示,3.4 节说明了如何计算晶体频率。
2.4.5.限制器
限制器是一个累积增益约为 80dB 的 AC 耦合多级放大器,具有以 10.7MHz 为
中心的带通频响特性。其典型输入阻抗为 330 Ω ,从而可以容易地与 10.7MHz
的陶瓷 IF 滤波器相连。如图 4 所示,限制器电路也可以作为一个接收信号强度
指示器,以生成一个直接正比于输入信号电平的 DC 电压。这个信号可在随后的
基带电路中用于解调 ASK 调制的接收信号。RSSI 输出被输入到调制格式开关、
峰值检测器输入和 AGC 电路中。
如下一章所述,为了解调 ASK 信号,MSEL 管脚必须处于其“高”状态下。
2.4.6.FSK 解调器
为了解调频移键控(FSK)信号,使用了一个完全片上集成的 PLL 电路。限制
器输出差分信号和中心频率为 10.7MHz 的 VCO 输出被输入到线性相位检测器
中。解调器增益典型值为 200µV/kHz。完全片上的无源环滤波器输出被输入到
VCO 以及将在下面详细说明的调制格式开关中。这个信号代表了解调信号,其
中加载到解调器上的低频部分被解调到逻辑零上,而高频部分则被解调到逻辑一
上。然而,这仅仅是在局部振荡器被低端注入到可用于接收频率高于 420MHz
的信号的混频器中时有效。在接收信号频率低于 420MHz 时,L0 被高端注入到
混频器中,因此由于下变频混频过程中的符号转换,高频部分被解调成逻辑零。
参见 3.4 节。
如下表所示,调制格式开关实际上是一个由 MSEL 管脚(管脚 15)控制的 AC
增益为 11 的可开关的放大器。选定这个增益值是为了可以方便在随后的电路中
进行信号检测。DC 增益为 1,这是为了在 IF 信号出现大的频率偏移时,不会让
解调器产生的 DC 偏移使随后的数据滤波器出现饱和现象。在 3.6 节对所得到的
频响特性以及开关的工作原理细节进行了说明。
表3
MSEL
打开
短接到地
MSEL 管脚工作状态
调制格式
ASK
FSK
在接收到 ASK 信号时,解调器电路被关断。
2.4.7.数据滤波器
数据滤波器由一个作为电压跟随器的带宽为 100kHz 的运算放大器和两个
100k Ω 片上电阻组成。加上两个外部电容,可以构成一个二阶 Sallen-Key 低通
滤波器。3.2 节说明了如何选择电容值。
2.4.8.数据限幅器
数据限幅器是一个带宽为 100kHz 的快速比较器。它使得可实现高达 100k 波特
的最大接收数据率。可实现的最大数据率同时也取决于 IF 滤波器带宽和局部振
荡器公差值。这两个输入都是可访问的。输出向随后的电路提供一个数字数据信
号(类似于 CMOS 的电平)
。一个 RC 项在管脚 20 上生成一个自调整的限幅阈
值电压。如表 4 所示,在 ASK 模式下,可以将 PDO-输出上的电压按比例缩小
(87%)后作为限幅器阈值电压。3.5 节中更详细地说明了数据限幅阈值的不同
生成方式。
表4
SSEL
X
SSEL 管脚工作状态
MSEL
低电平
所选的限幅电平(SL)
管脚 20 上的外部 SL(如
RC 项)
高电平
高电平
管脚 20 上的外部 SL(如
RC 项)
低电平
高电平
PDO 输出的 87%(近似)
2.4.9.峰值检测器
峰值检测器生成一个正比于接收数据信号的峰值的 DC 电压。必须使用一个电
容。输入被连接到限制器的 RSSI 输出,输出则连接到 PDO 管脚上(管脚 26)。
这个输出可用于指示接受信号的强度,从而在激活电路中使用,并且在 ASK 模
式下作为数据限幅器的一个基准电压。注意同时输出 RSSI 电平以在 FSK 模式
下使用。
2.4.10.
带隙基准电路
一个带隙基准电路为器件提供了一个温度稳定的基准电压。如下表所示,提供了
一个由 PWDN 管脚(管脚 27)控制的电源关断模式以关断所有的子电路。此时,
电源电流典型值为 50nA。
表5
PDWN 管脚工作状态
PDWN
工作状态
悬空或者固接到地
电源关断模式
固定到 Vs
打开接受器
3. 应用
3.1. 应用电路
C18
R4
R5
Uthreshold
3VOUT
THRES
24
23
RSSI (0.8 - 2.8V)
20kΩ
OTA
+3.1 V
Iload
RSSI > Uthreshold: Iload=4.2µA
RSSI < Uthreshold: Iload= -1.5µA
Gain control
voltage
LNA
4
TAGC
UC
C5
图3
VCC
Uc:< 2.6V : Gain high
Uc:> 2.6V : Gain low
Ucmax= VCC - 0.7V
Ucmin = 1.67V
LNA 自动增益控制电路
LNA 自动增益控制电路由一个用于将限制器产生的接收信号强度信号同外部提
供的阈值电压 Utheres 进行比较的运算跨导倒数放大器构成。如下图所示,阈值电
压可以为近似 0.8 到 2.8V 之间的任何值,以在接收信号动态范围内提供一个开
关点。
电压 Uthres 被加载到 THRES 管脚(管脚 23)上。可以通过在提供由内部带隙电
压生成温度稳定的 3V 输出的 3VOUT 管脚(管脚 24)和 THRES 管脚之间加上
一个分压器来生成这个阈值电压。如果限制器所生成的 RSSI 电平高于 Uthres,
OTA 就生成一个正电流 Iload。这将会提高 TAGC 管脚(管脚 4)上的电压。否则,
OTA 就会生成一个负电流。为了实现 AGC 的快启动和慢释放特性,这些电流并
不具有相同值,而且它们被用于对外部电容进行充电以最终生成 LNA 增益控制
电压。
LNA always
in high gain mode
3
2
RSSI Level Range
UTHRES Voltage Range
2.5
RSSI Level
1.5
1
LNA always
in low gain mode
0.5
0
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
Input Level at LNA Input [dBm]
图4
RSSI 电平和允许的 AGC 阈值电平
应该根据期望的工作状态选择开关点。在附随的应用指南中说明了如何确定最佳
点,1.8V 的阈值电压是一个显然可行的选择。应该指出,3VOUT 管脚的输出可
提供高达 50µA 的驱动能力,但是 THRES 管脚的输入电流只能在 40nA 的范围
之内。由于从 3VOUT 管脚抽取的电流直接正比于接收器的功耗,电源分压电阻
应该具有较高的阻抗值。为了在 3VOUT 管脚上生成 3V 电压,R1 和 R2 值的和
必须为 600k Ω 。因此,R1 值可选为 240k Ω ,R2 值可为 360k Ω 以生成一个总
的 5µA 的 3VOUT 输出电流1,以及一个 1.8V 的阈值电压。
注意:如果需要将 LNA 增益固定在高或者低增益模式,必须将 THRES 管脚连
接到一个固定电压上来实现这一点。为了实现高增益工作模式,需要在 THRES
管脚上加载一个高于 2.8V 的电压,例如可将其短接到 3VOLT 管脚上。为了实
现低增益工作模式,THRES 必须连接到 GND 上。
正如上面所述,
由于 OTA 的充放电电流,连接到 TAGC 管脚上的电容可生成 LNA
的增益控制电压,因此也决定了 AGC 时间常数。当充放电电流不相等的时候,
可能导致两个不同的时间常数。需要根据数据率确定对应于电容充电过程的时间
常数。根据在英飞凌所进行的测量结果,电容值应该大于 47µF。
注意与 3.1V 内部电压源串联的 20k Ω 电阻。
1
3.2. 数据滤波器的设计
如下图和公式所示1,利用板上的电压跟随器和两个 100k Ω 的片上电阻,可以通
过在管脚 19(SLP)和 22(FFB)之间以及在管脚 21(OPP)上增加两个外部
电容构建一个二阶 Sallen-Key 低通数据滤波器。
C14
C12
FFB
RF1 int
OPP
22
100k
图5
RF2 int
SLP
21
19
100k
数据滤波器设计
当 RF1int=RF2int=R 时
C14 =
2Q b
R 2πf 3dB
C12 =
b
4QRπf 3dB
其中
Q=
b
a
Q 是极点的质量系数,例如对于一个 a=1.3617,b=0.618 的 Bessel 滤波器,
Q=0.577
而对于 a=1.414,b=1 的 Butter worth 滤波器,Q=0.71
摘自 Tietze/Schenk:Halbleiterschaltungestechnik,Springer Berlin,1999
1
例子:f3dB=5kHz,R=100k Ω 的 Butter worth 滤波器:
C14=450pF,C12=225pF
3.3. 晶体负载电容计算
使晶振在期望的频率下工作所需的电容值由 4.1.3 节所示的振荡器电路的负性阻
抗的电抗部分和晶体制造商所给的晶体规格参数共同决定。
CS
CRST2
Crystal
Input
impedance
Z1-28
28
TDA7200
1
CRST1
图6
石英振荡器串联电容值的确定
一个带有指定负载电容 CL 的晶体所需的串联电容可计算如下:
CS =
1
1
+ 2πfX L
CL
CL 是晶体制造商指定的标称负载电容。
例子:
13.4MHz:CL=12pF
XL=1010 Ω
CS=5.9pF
这个值可以通过将两个电容串联到晶体上得到,例如在 13.4MHz 时串联 22pF
和 8.2pF。
但是请注意计算得到的 CS-值包括所有的寄生参数。
3.4. 晶体频率计算
正如 2.4.3 节所描述的,片上 VCO 的工作范围足够宽,可保证范围在 400 到
440MHz 之间的接收信号频率。VCO 信号在加载到混频器之前被除以 2。这个
局部振荡器信号可用于在混频器中高-或低端注入下变频 RF 信号。
当接收信号频率在 400 到 420MHz 之间时,必须使用局部振荡器高端注入功能。
在这种情况下,局部振荡器的频率可由将 IF 频率(10.7MHz)同 RF 频率相加
得到。因此,一个 FSK 调制信号的高频部分被解调到逻辑零(低)上。
当接收信号频率高于 420MHz 时,必须使用低端注入。此时,则可以通过从 RF
频率中减去 IF 频率(10.7MHz)来计算得到局部振荡器的频率。在这种情况下,
没有进行符号变换,FSK 调制信号的高频部分被解调成逻辑一(高)
。PLL 总的
分频系数为 32。
因此,可以使用以下公式计算晶体频率:
f QU =
其中
f RF ± 10.7
32
f RF 为接收信号频率
f LO 为局部振荡器(PLL)频率( f RF ± 10.7 )
f QU 为石英晶振频率
32 局部振荡器频率和晶体频率的比率
根据上式可有下面的例子:
f QU =
434.2MHz − 10.7 MHz
= 13.234375MHz
32
3.5. 数据限幅器阈值生成
如图 7 所示,可以通过一个外部 R-C 集成器来生成数据限幅器的阈值电压。
这个同时包括了内部电阻 RF3int 和 RF4int 的电路(见图 9)的时间常数 TA 必须远
大于数据流中最长的无信号变化间隔时间 TL。
为了降低失真,R 的最小值是 20k Ω 。
TA 必须根据以下公式计算
TA =
R1 ⋅ ( RF 3 int + RF 4 int )
⋅ C13 = R1II ( RF 3 int + RF 4 int ) ⋅ C13
R1 + RF 3 int + RF 4 int
…对于 ASK
R1 ⋅ R F 4 int
R1II ( R F 3 int + RF 4 int )
⋅ C13 =
⋅ C13
R1 + R F 3 int + R F 4 int
v
…对于 FSK
和
TA =
R1,RF3int,RF4in 和 C13 可参见图 7 和图 9
19
data
filter
20
Uthreshold
25
CM
data slicer
图7
利用外部 R-C 集成器的数据限幅器阈值生成
如图 8 所示,对于 ASK 工作模式,另一种生成阈值的可能方法是使用连接了一
个内部阻性分压器和一个电容的峰值检测器。当选择峰值检测器作为基准限幅电
平时,需要在 SSEL 管脚上加载一个逻辑低电平。
在 MSEL 为高电平(或者悬空)时,也就是选择 ASK-模式时,SSEL 管脚上的
逻辑低电平在 AND-输出上产生一个逻辑高电平,因此选择了峰值检测器(参见
图 9)
。
在 FSK 模式下,MSEL 管脚以及 AND 门的另外一个输入为低电平,所以无法选
择峰值检测器。
电容值取决于编码方案和所采用的协议。
C
Pins:
26
25
peak detector
390k
56k
Uthreshold
data slicer
CP
图8
使用峰值检测器的数据限幅阈值生成
3.6. ASK/FSK-数据路径功能说明
TDA7200 包含一个可通过管脚 15(MSEL)控制的 ASK/FSK 开关。这个开关
实际上由两个运算放大器组成,其中 ASK 放大器的增益为 1,FSK 放大器的增
益为 11,从而得到适当的解调增益特性。为了补偿特别是 FSK PLL 解调器所产
生的 DC 偏移,在位限幅器比较器的阈值电压(管脚 20)和 FSK 开关放大器的
负输入端之间有一个反馈连接。
在 ASK 模式下,作为管脚 20(SLN)上的电压的另外一种选择,可将值约为管
脚 26(PDO)上的峰值检测器输出电压的 87%的电压作为限幅器的基准电平。
由一个内部分压器(RT1int,RT2int)产生加载到峰值检测器输出的限幅基准电平。
如 3.5 节所述,是通过管脚 16(SSEL)控制这些模式的选择。
图 9 说明了模式选择的控制。
MSEL
15
H=ASK
L=FSK
PDO
PEAK
DETECTOR
from RSSI Gen
(ASK signal)
26
RT1 int
ASK/FSK Switch
56k
C15
100nF
RT2
390k
Data Filter
FSK PLL Demodulator
ASK
+ FSK
RF3 int
RF2 int
100k
100k
Comp
+ CP
+ CM
H=CP
L=CM
v=1
25
DATA Out
300k
1
RF4 int
RF1 int
DC
typ. 2 V
1.5 V......2.5 V
AC
0.18 mV/kHz
+
30k
ASK mode: v=1
FSK mode: v=11
22
21
FFB
19
OOP
C14
20
SLP
16
SLN
SSEL
R1
C12
C13
图9
ASK/FSK 模式数据路径
3.7. FSK 模式
由于上面所示的反馈(高通)和数据滤波器(低通)
,FSK 数据路径具有带通特
性。低截至频率 f2 由外部的 RC 组合决定。高截至频率 f3 由数据滤波器的带宽
决定。
FSK PLL 解调器的解调增益是 200µV/kHz。FSK 开关的值为 11 的增益 v 提高
了这个增益。因此,所得到的电路的带通动态增益为 2.2mV/kHz。FSK 信号的
DC 部分的增益保持在 200µV/kHz。带通截至频率的选择必须保证数据信号的频
谱所受到的影响在可接受的范围之内。
当用户数据中包含长串的逻辑零时,如果采用限制器比较器负输入(管脚 20)
上的固有偏移电压,就可以降低位限制器阈值电压的漂移效应。比较器不存在固
有的磁滞现象。
这个偏移电压是由比较器的负输入的偏置电流流过外部电阻 R 时所生成的。这
个电压提高了出现在管脚 20 上的电压(如 R=100k Ω 时为 1mV)。为了在长串
零的解调中利用这个非对称偏移,需要在发射器中选择两个 FSK 频率中更低的
一个作为零符频率。
在下图中,给出了上面所提到的带通形状。
gain (pin19)
v
v-3dB
20dB/dec
-40dB/dec
3dB
0dB
f
DC
f1
0.18mV/kHz
图 10
FSK 模式下的频率特性
f2
f3
2mV/kHz
截至频率可根据下式计算得到:
f1 =
1
R1 × 330kΩ
2π
× C13
R1 + 330kΩ
f 2 = v × f1 = 11 × f1
f 3 = f 3dB
f3 是数据滤波器的 3dB 截至频率-参见 3.2 节。
例子:
R1=100k Ω ,C13=47nF
这将使得 f1=44Hz 和 f2=485Hz
3.8. ASK 模式
当接收器工作在 ASK 模式下时,数据通路的频率特性仅由数据滤波器决定,因
此具有低通特性。
如 3.2 节所述,截至频率由外部电容 C12 和 C14 以及内部的 100k
电阻决定。
0dB
-3dB
-40dB/dec
f
f3dB
图 11
ASK 模式下的频率特性
3.9. 预充电路的原理
如 3.5 节所述,当采用一个外部 RC 网络生成数据限幅器的阈值电压时,需要在
SLN 管脚上连接一个较大的电容 C 以取得较长的时间常数。如图 9 所示,这也
是因为 SLP 和 SLN 管脚(管脚 19 和 20)之间的 R1 值的选择受与 R1 并联的
330k Ω 电阻的影响。除此之外,100k Ω 的电阻值将会在比较器输入上产生 1mV
的电压偏移。最终的启动时间常数可计算如下:
τ 1 = ( R1 330kΩ) × C13
当 R1 选为 100k Ω ,C13 选为 47nF 时,这将使得
τ 1 = (100kΩ 330kΩ) × 47nF = 77 kΩ × 47 nF = 3.6ms
当器件上电时,这个时间常数将决定器件在可以正确解调数据之前所需要的时
间。在电源关断模式下,电容只能通过漏电流进行放电。
如下图所示,为了缩短大电容 C 所产生的开启时间,在 TDA7200 中包含了预充
电路。
C18
R4+R5=600k
R5
R4
C13
R1
Uthreshold
24
23
Uc>Us
Uc<Us
20
Iload
Uc
19
Data Filter
ASK/FSK Switch
-
U2
0 / 240uA
+
Us
OTA
U2<2.4V : I=240uA
U2>2.4V : I=0
+
20k
+3.1V
图 12
+2.4V
预充电路的原理图
这个电路可以在 T2 时间内用一个涌入电流 Iload 对电容 C13 进行充电,直到电容
上的电压 Uc 等于数据滤波器输入上的电压 Us。这个电压限制为 2.5V。一旦这些
电压相等,或者时间超过了 T2,预充电路就被置为无效。
τ 2 是 C18 充电过程的时间常数,可计算如下:
τ 2 ≈ 20kΩ × C 2
由于 R4 和 R5 的和足够大,因此可以忽略。T2 可以根据以下公式计算:


1
T2 = τ 2 ln
2.4V

1 −
3V



 ≈ τ 2 × 1 .6



C2 充电过程的电压瞬时特性如下图所示:
U2
3V
2.4V
2
图 13
T2
预充过程中 C18 上的电压
下图给出了连接到管脚 20 上的电容 C13 的电压。可以看出由于是通过一个常数
电流源对其进行充电,它的电压线性增加,并且上限为 USmax=2.5V,这也是数
据滤波器输入的近似工作点。这种情况下的时间常数可以用 T3 表示,可计算如
下:
T3 =
U S max × C13
× C13
220µA
Uc
Us
T3
图 14
连接到管脚 20 上的电容 C13 的电压瞬时特性
例如,当 C18=22nF,C13=47nF 时,可以得到:
τ 2 =0.44ms
T2=0.71ms
T3=0.53ms
这意味着在这种情况下,涌入电流可以持续 0.64ms 的时间,但是在 0.49ms 之
后就已经停止下来,此时已经达到了 USmax 的上限。T3 应该始终比 T2 小。
最后需要指出的是,在 T2 上电持续过程中,器件的总功耗受对 C13 的 220µA
的充电电流的影响有所提高。
如果没有连接 C18,就可以将预充电路置为无效。这将使 T2 接近于零。注意,
为了在 THRES 管脚上产生 3V 的电压,R4 和 R5 的和必须是 600k Ω ,因为这个
电压在内部也被作为 FSK 解调器的基准电压。
4. 参考
4.1. 电气数据
4.1.1.绝对最大额定值
注意:在任何情况下都不能超作最大额定值,即使是瞬间地或者是个别地,因为
这将导致芯片的永久损坏。
表6
#
1
Kommentar [W1]: Please check
绝对最大额定值,Tamb=-20℃…+70℃
参数
供电/电压电
限制值
符号
overall the °C symbol
单位
最小值
最大值
VS
-0.3
5.5
V
TJ
-40
+125
℃
TS
-40
+150
℃
RthJA
114
K/W
VESD
+2
kV
+1.5
kV
备注
源
2
3
4
5
结温
存储温度
热阻
ESD 完整性,
除了管脚 1,
符 合
MIL
STD 883D,
3,6,28 之外
3015.7 方法
的所有管脚
的 HBM
ESD 完整性,
管脚 1,3,6,
28
4.1.2.工作范围
在工作条件范围内,该芯片如电路描述那样工作。流进器件的电流表示成正电流,
反之亦然。带有■的器件参数并不是产品测试的一部分,但是它们的值或者由设
计验证,或者是在 4.2 节中所描述的英飞凌测试板中测量得到。
电源电压:VCC=4.5V…5.5V
表7
#
1
工作条件范围,Tamb=-20℃…+70℃
参数
电源电流
符号
ISF
ISA
限制值
最小值
最大值
3.7
3.0
7.7
7.0
单位
测试条件 / 注
L
释
mA
mA
FSK 模式
ASK 模式
2
接收器输入电平
RFin
-106
-100
-13
-13
dBm
dBm
@源阻抗为
ASK
50 Ω
FSK,频率公差
BER 2E-3,
± 50kHz
平均功率水
平,曼切斯特
■
编码数据率
4k 比 特 ,
280kHz
IF
带宽
3
4
5
LNI 输入频率
MI/X 输入频率
3dB IF 频率范围
fRF
400
440
MHz
fMI
400
440
MHz
fIF-3dB
5
10.4
23
11
MHz
PWDNON
2
VS
V
PWDNOFF 0
0.8
V
VTHRES
2.8
VS-1
V
VTHRES
0
0.7
V
■
ASK
FSK
6
电源关断模式打
开
7
电源关断模式关
闭
8
增益控制电压,
LNA 高增益状态
9
增益控制电压,
LNA 低增益状态
■不是产品测试的一部分-或者通过设计验证,或者是在 4.2 节中所描述英飞凌测
试板中测量得到。
4.1.3.TAMB=25℃时的 AC/DC 参数
AC/DC 参数给出了在指定电源电压和环境温度下,可保证的参数值范围。典型
参数值是产品参数的中值。流进器件的电流被表示成正电流,反之亦然。带有■
的器件性能参数不是产品测试的一部分-或者通过设计验证,或者是在 4.2 节中
所描述英飞凌测试板中测量得到。
TA 为 25℃,VCC=4.5…5.5V 时的 AC/DC 参数
表8
#
参数
符号
单位
限制值
最小值
典型值
最大值
50
100
测试条件/
L
注释
电源
1
电源电流,备用模
IS PDWN
nA
式
管 脚
27
(PDWN)
悬空或者固
定到 0V
2
电源电流,器件工
ISA
4.9
5.7
6.5
mA
作在 FSK 模式下
管 脚
15
( MSEL )
固
定
到
GND
3
电源电流,器件工
ISA
4.2
5
5.8
mA
作在 ASK 模式下
管 脚
15
( MSEL )
悬空
LNA
信号输入 LNI(管脚 3),VTHRES>2.8V,高增益模式
1
BER=2E-3 时的平
RFin
-110
dBm
曼切斯特编码
■
均功率水平(灵敏
数 据 率 为 4k
度)
比特,280kHz
IF 带宽
2
BER=2E-3 时的平
RFin
-103
dBm
曼切斯特编码
均功率水平(灵敏
数据率 4k 比
度)FSK
特,280kHz IF
带
宽
± 50kHz
■
,
pk.
公差
3
输
入
阻
抗
S11 LNA
0.837/-34.7 deg
■
fRF=434MHz
4
1dB 压缩时的输入
P1dBLNA
-15
dBm
IIP3LNA
-10
dBm
■
电平
5
输入三阶截取点
匹配的输入
■
fRF=434MHz
6
天线端的 LO 信号
LOLNI
-73
dBm
■
穿通
信号输出 LNO(管脚 6)
,VTHRES>2.8V,高增益模式
1
2
增益 fRF=434MHz
输出阻抗,
S21LNA
1.509/138.2deg
■
S22LNA
0.886/-12.9deg
■
fRF=434MHz
3
GAntMixer-Out
电压增益
天 线 到
fRF=434MHz
IFO
42
dB
#
参数
符号
单位
限制值
最小值
典型值
测试条件/注
L
释
最大值
信号输入 LNI,VTHRES=GND,低增益模式
1
输入阻抗
S11 LNA
0.873/-34.7deg
管
脚
27
■
(PDWN)悬
空或者固定
到 0V
2
输入电平@ 1dB
P1dBLNA
-18
dBm
IIP3LNA
-10
dBm
匹配输入
■
C.P.
fRF=434MHz
3
输入三阶截取点
匹配输入
■
fRF=434MHz
信号输出 LNO,VTHRES=GND,低增益模式
1
2
增益 fRF=434MHz
输出阻抗,
S21LNA
0.183/140.6 deg
■
S22LNA
0.897/-13.6 deg
■
fRF=434MHz
3
电压增益
22
GAntMixer-Out
dB
天线到 IFO
fRF=434MHz
信号 3VOUT(管脚 24)
1
输出电压
V3VOUT
2.9
3.1
3.3
V
3VOUT 管脚
悬空
2
输出电流
信号 THRES(管脚 23)
I3VOUT
-3
-5
-10
µA
参见 4.1 节
1
2
3
输入电压范围
LNA 低增益模式
LNA 高增益模式
VTHRES
0
VTHRES
0
VTHRES
VS-1
V
参见 4.1 节
V
3
VS-1
V
或者短接到
管脚 24
4
输入电流
ITHRES_IN
5
nA
■
信号 TAGC(管脚 4)
1
输出电流,
ITAGC_out
-3.6
-4.2
-5.5
µA
RSSI>VTHRES
ITAGC_in
1
1.5
2.2
µA
RSSI<VTHRES
S11 MIX
0.942/-14.4 deg
IIP3MIX
-28
LNA 低增益状态
2
输入电流,
LNA 高增益状态
混频器
1
输入阻抗,
■
fRF=434MHz
2
输入三阶截取点
dBm
■
fRF=434MHz
#
参数
符号
单位
限制值
最小值
典型值
测试条件/
L
注释
最大值
信号输出 IFO(管脚 12)
1
2
输出阻抗
转 换 电 压 增 益
fRF=434MHz
限制器
ZIFO
330
Ω
GMIX
19
Db
■
信号输入 LIM/X(管脚 17/18)
1
2
3
4
ZLIM
输入阻抗
RSSI 动态范围
RSSI 线性度
工作频率
(3dB 点)
264
330
396
Ω
■
DRRSSI
70
dB
LINRSSI
±1
dB
■
23
MHz
■
100
kHz
■
fLIM
5
10.7
数据滤波器
1
2
BW BB FILT
可用带宽
数据滤波器输出
1.1
RSSIlow
V
在
SLP 上的 RSSI 电
868MHz 频
平
率下的高增
,
RFIN=-103dBm
3
LNA
数据滤波器输出
益模式
RSSIhigh
2.65
V
LNA
在
SLP 上的 RSSI 电
868MHz 频
平,RFIN=-30dBm
率下的高增
益模式
限幅器
信号输出 DATA(管脚 25)
1
最大数据率
DRmaz
100
kBps
NRZ,20pF
负载电容
2
3
低输出电压
高输出电压
VSLIC_L
0
VSLIC_H
VS-1.3
VS-1
0.1
V
VS-0.7
V
输出电流
=200µA
■
限幅器,负输出(管脚 20)
1
#
IPCH_SLN
预充电流输出
参数
-100
符号
-220
-300
单位
限制值
最小值
典型值
µA
参见 4.2 节
测试条件/
L
注释
最大值
峰值检测器
1
Iload
负载电流
-500
µA
静态负载
电流不应
该 超 过
-500µA
2
R
内部阻性负载
357
446
535
kΩ
14
MHz
晶振
信号 CRSTL1,CRSTL2(管脚 1/28)
1
fCRSTL
工作频率
6
基频模式,
串联谐振
2
输
入
阻
抗
Z1-28
-600+
Ω
■
pF
■
j 1010
@~13MHz
3
负
载
电
容
@~13MHz
ASK/FSK 信号开关
信号 MSEL(管脚 15)
CCRSTmax=C1
5.9
1
2
3
ASK 模式
FSK 模式
输入偏置电流
VMSEL
1.4
4
V
VMSEL
0
0.2
V
19
µA
IMSEL
-11
MSEL
或者悬空
MSEL
固
接到 GND
FSK 解调器
1
2
解调增益
可用 IF 带宽
GFMDEM
BW IFPLL
200
10.2
10.7
µV/kHz
11.2
MHz
电源关断模式
信号 PDWN(管脚 27)
1
2
#
电源关断模式打开
电源关断模式关闭
参数
PWDNON
2.8
VS
V
PWDNOFF
0
0.8
V
符号
最小值
3
输入偏置电流
IPDWN
单位
限制值
典型值
19
注释
最大值
µA
PDWN
4
在检测有效 IF 信
测试条件/
电源打开
模式
TSU
<1
Ms
取决于所
号之前的启动时
使用的晶
间
体
L
数据限幅器基准电平
信号 SSEL(管脚 16),ASK 模式
1
限幅器基准为管
VSSEL
1.4
4
V
VSSEL
0
0.2
V
-19
µA
或者悬空
脚 20(SLN)上
的电压
2
限幅器基准近似
为管脚 26(PDO)
上的电压的 87%
3
输入偏置电流
ISSEL
-10
SSEL 固定
SSEL
连 接 到
GND
■不是产品测试的一部分-或者通过设计验证,或者是在 4.2 节中所描述英飞凌测试板中测量得到。
4.1.4.TAMB=-20℃…+70℃时的 AC/DC 参数
流进器件的电流被表示成正电流,反之亦然。
TAMB=-20℃…+70℃,VCC=4.5…5.5V 时的 AC/DC 参数
表9
#
参数
符号
限制值
最小值
单
测试条件/
注释
典型值
最大值
位
50
400
nA
电源
1
电源电流,备用模
式
IS PDWN
管 脚
27
(PDWN)
L
悬空或者固
定到 0V
2
电源电流,器件工
ISA
3.7
5.7
7.7
mA
作在 FSK 模式下
管 脚
15
( MSEL )
固
接
到
GND
#
3
参数
电源电流,器件工
符号
ISA
限制值
单
测试条件/注
释
最小值
典型值
最大值
位
3
5
7
mA
作在 ASK 模式下
管
脚
15
(MSEL)悬
空
信号输入 3VOUT(管脚 24)
1
输出电压
V3VOUT
2.9
3.1
3.3
V
3VOUT 管脚
悬空
2
输出电流
I3VOUT
-3
VTHRES
0
VTHRES
0
-5
-10
µA
VS-1
V
参见 4.1 节
信号 THRES(管脚 23)
1
2
3
输入电压范围
LNA 低增益模式
LNA 高增益模式
VTHRES
参见 4.1 节
V
3
VS-1
V
或者短接到
管脚 24
L
4
ITHRES_IN
输入电流
5
nA
■
信号 TAGC(管脚 4)
1
输出电流,
ITAGC_out
-1
-4.2
-8
µA
RSSI>VTHRES
ITAGC_in
0.5
1.5
5
µA
RSSI<VTHRES
LNA 低增益状态
2
输入电流,
LNA 高增益状态
混频器
1
转 换 电 压 增 益
GMIX
+19
dB
GMIX
+18
dB
fRF=434MHz
2
转 换 电 压 增 益
fRF=868MHz
限制器
信号输入 LIM/X(管脚 17/18)
1
RSSI 动态范围
DRRSSI
70
dB
RSSIlow
1.1
V
数据滤波器
1
数据滤波器输出
LNA
在
SLP 上的 RSSI 电
868MHz
频
平
率下的高增
,
RFIN=-103dBm
2
数据滤波器输出
益模式
RSSIhigh
2.65
V
LNA
在
SLP 上的 RSSI 电
868MHz
频
平,RFIN=-30dBm
率下的高增
益模式
#
参数
符号
限制值
最小值
典型值
最大值
单
测试条件/
位
注释
L
限幅器
限幅器,信号输出 DATA(管脚 25)
1
最大数据率
DRmaz
100
kBps
NRZ,20pF
负载电容
2
3
低输出电压
高输出电压
VSLIC_L
0
VSLIC_H
VS-1.5
VS-1
0.1
V
VS-0.5
V
输出电流
=200µA
限幅器,负输入(管脚 20)
1
预充电流输出
IPCH_SLN
-100
-220
-300
µA
参见 4.2 节
峰值检测器
信号输出 PDO(管脚 26)
1
负载电流
Iload
-400
µA
静态负载
电流不应
该 超 过
-500µA
2
内部阻性负载
R
356
446
575
kΩ
14
MHz
晶振
信号 CRSTL1,CRSTL2(管脚 1/28)
1
工作频率
fCRSTL
6
基频模式,
■
串联谐振
ASK/FSK 信号开关
信号 MSEL(管脚 15)
1
2
3
ASK 模式
FSK 模式
输入偏置电流
VMSEL
1.4
4
V
VMSEL
0
0.2
V
-20
µA
IMSEL
-11
或者悬空
MSEL 固定
MSEL
#
参数
到 GND
限制值
符号
最小值
典型值
最大值
单
测试条件/
位
注释
FSK 解调器
1
2
解调增益
可用 IF 带宽
GFMDEM
200
BW IFPLL
10.2
PWDNON
PWDNOFF
10.7
µV/kHz
11.2
MHz
2.8
VS
V
0
0.8
V
电源关断模式
信号 PDWN(管脚 27)
1
电 源 关 断 模式 打
开
2
电 源 关 断 模式 关
闭
L
3
在检测有效 IF 信
TSU
<1
ms
取决于所
号 之 前 的 启动 时
使用的晶
间
体
数据限幅器基准电平
信号 SSEL(管脚 16),ASK 模式
1
限 幅 器 基 准为 管
VSSEL
1.4
4
V
VSSEL
0
0.2
V
-20
µA
或者悬空
脚 20(SLN)上
的电压
2
限 幅 器 基 准近 似
为管脚 26(PDO)
上的电压的 87%
3
输入偏置电流
SSEL
ISSEL
-11
SSEL 固定
连 接 到
GND
■不是产品测试的一部分-或者通过设计验证,或者是在 4.2 节中所描述英飞凌测试板中测量得到。
4.2. 测试电路
4.1 节中带有■标记的器件性能参数经过设计验证或者是在一个英飞凌评估板上
测量得到。可以在一个评估套件得到这个评估板以及其相应发射器件 TDA7100
的评估板,该评估套件可以在英飞凌的网页 www.infineon.com/Products
订购得到。索要该评估板时可得到关于该评估板的更详细的信息。
图 15
评估板的电路图
上
4.3. 测试板版图
图 16
评估板顶层图
图 17
评估板底层图
图 18
评估板上的组件布置
4.4. 材料清单
以下组件在评估 TDA7200 时是必须的。
表 10
材料清单(待续)
参考编号
值
C1
1pF
C2
4.7pF
C3
6.8pF
C4
100pF
规格
0805,COG,+/-0.1pF
0805,COG,+/-0.1pF
0805,COG,+/-0.1pF
0805,COG,+/-5%
C5
47nF
C6
10nH
C7
100pF
C8
33pF
C9
100pF
C10
10nF
C11
10nF
参考编号
值
C12
220pF
C13
47nF
C14
470pF
C15
47nF
C16
8.2pF
C17
18pF
C18
22nF
C21
100nF
IC1
L1
TDA7200
15nH
L2
8.2pF
Q1
Q2
R1
13.234375MHz
SFE_10.7MA5-A
100k Ω
1206,X7R,+/-10%
Toko,PTL2012-F10N0G
0805,COG,+/-5%
0805,COG,+/-5%
0805,COG,+/-5%
0805,X7R,+/-10%
0805,X7R,+/-10%
规格
0805,COG,+/-5%
0805,X7R,+/-10%
0805,COG,+/-5%
0805,COG,+/-5%
0805,COG,+/-0.1pF
0805,COG,+/-1%
0805,X7R,+/-5%
1206,X7R,+/-10%
Infineon
Toko,PTL2012-F15N0G
0805,COG,+/-0.1pF
1053-922
Murata
0805,+/-5%
R4
240k Ω
R6
10k Ω
R5
36k Ω
S1
STL_2POL
S2
S3
S6
X1
SOL_JUMP
SOL_JUMP
SOL_JUMP
STL_2POL
X2
A107-900A(1.6mm
0805,+/-5%
0805,+/-5%
0805,+/-5%
2 极管脚连接器
SOL_JUMP
SOL_JUMP
SOL_JUMP
2 极管脚连接器
镀
INPUT
OUTPUT
ENTERPRISE CORP
镀
INPUT
OUTPUT
ENTERPRISE CORP
金)
X3
A107-900A(1.6mm
金)
请注意,在 L2 处必须焊接一个电容,在 C6 处必须焊接一个电感。
5. 封装概述
图 19
PG-TSSOP-28 封装概述
您可以在我们的英飞凌网站页面“产品”找到所有的封装,包装类型和其他信息:
http://www.infineon.com/products
SMD = 表面安装组件
尺寸单位为 mm
表格目录
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
表 10
页数
订购信息.............................................................................................................................8
管脚定义和功能...............................................................................................................10
MSEL 管脚工作状态 .......................................................................................................25
SSEL 管脚工作状态 ........................................................................................................26
PDWN 管脚工作状态......................................................................................................27
绝对最大额定值,Tamb=-20℃…+70℃ ..........................................................................45
工作条件范围,Tamb=-20℃…+70℃..............................................................................46
TA 为 25℃,VCC=4.5…5.5V 时的 AC/DC 参数 ............................................................48
TAMB=-20℃…+70℃,VCC=4.5…5.5V 时的 AC/DC 参数............................................55
材料清单(待续).........................................................................................................63
图片目录
图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7
图8
图9
图 10
图 11
图 12
图 13
图 14
图 15
图 16
图 17
图 18
图 19
页数
管脚配置.............................................................................................................................9
功能框图...........................................................................................................................21
LNA 自动增益控制电路 .................................................................................................28
RSSI 电平和允许的 AGC 阈值电平...............................................................................29
数据滤波器设计...............................................................................................................31
石英振荡器串联电容值的确定.......................................................................................33
利用外部 R-C 集成器的数据限幅器阈值生成 ..............................................................35
使用峰值检测器的数据限幅阈值生成...........................................................................36
ASK/FSK 模式数据路径 .................................................................................................37
FSK 模式下的频率特性 ................................................................................................38
ASK 模式下的频率特性................................................................................................40
预充电路的原理图.........................................................................................................42
预充过程中 C18 上的电压 ............................................................................................43
连接到管脚 20 上的电容 C13 的电压瞬时特性 ..........................................................44
评估板的电路图.............................................................................................................61
评估板顶层图.................................................................................................................62
评估板底层图.................................................................................................................62
评估板上的组件布置.....................................................................................................63
PG-TSSOP-28 封装概述...............................................................................................66
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