無(wú)線射頻收發(fā)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前短程開(kāi)放段無(wú)線通信系統(tǒng)雙工通信終端不對(duì)稱現(xiàn)象，設(shè)計(jì)智能化無(wú)線射頻收發(fā)兩用硬件終端系統(tǒng)。在對(duì)系統(tǒng)框架進(jìn)行研究后，使用單片微控制器MSP430F1121和射頻模塊TRF6900作為主芯片的方案。通過(guò)計(jì)算主要功能模塊的外圍電路參數(shù)，完成了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了收發(fā)端完全對(duì)等使用，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備中。

關(guān)鍵詞：無(wú)線射頻芯片；收發(fā)系統(tǒng)；微控制器；鑒相器；環(huán)路濾波器

0 引言

隨著當(dāng)今電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，射頻技術(shù)作為一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊手段，已經(jīng)在越來(lái)越多的場(chǎng)合上使用，并且表現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)越性。它取代了傳統(tǒng)中錯(cuò)綜復(fù)雜的電纜，使家庭或辦公場(chǎng)所的移動(dòng)電話、便攜式電腦、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、鍵盤及其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，將人們從無(wú)數(shù)的連接電纜中解放出來(lái)，自由方便地構(gòu)成自己的個(gè)人網(wǎng)絡(luò)。作為取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無(wú)線通信技術(shù)，它將家庭或辦公室中的各種數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備聯(lián)成一個(gè)微微網(wǎng)，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，形成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，從而在這些聯(lián)接設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)快捷而方便的通信聯(lián)系，因此它在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的發(fā)展?jié)摿�巨大�?/p>

1 系統(tǒng)硬件組成與工作原理

射頻與數(shù)字基帶部分電路通過(guò)合適的方式連接起來(lái)就構(gòu)成了所設(shè)計(jì)的無(wú)線射頻收發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路，總體電路如圖l所示。其中，帶有箭頭的表示接外加的電壓，以保證電路正常工作，其工作電壓為3 V。

1．1 系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)與原理

射頻部分電路主要是用TRF6900收發(fā)芯片和一些外圍元件設(shè)計(jì)成的射頻收發(fā)器。TRF6900是TexasInstruments公司推出的單片射頻收發(fā)器芯片，其內(nèi)部集成了完整的發(fā)射電路和接收電路。它的工作頻率范圍為850～950 MHz，供電電壓范圍為2．2～3．6 V，射頻輸出功率高達(dá)+5 dBm，而待機(jī)模式時(shí)的電流消耗僅在O．5～5μA之間。TRF6900采用高吞吐率16 bRISC結(jié)構(gòu)，其最快速率可達(dá)8 MIPS。另外，這種收發(fā)器還具有FM／FSK調(diào)制模式，并采用三線制串行接口，因而能很方便地與微控制器相連接，可用于ISM頻段內(nèi)數(shù)據(jù)的雙向無(wú)線傳輸，能夠容易地對(duì)它的收發(fā)進(jìn)行控制，因而基于它的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。

1．1．1 接收原理

從天線接收到的信號(hào)由LNA IN引入TRF6900，首先經(jīng)過(guò)低噪音放大器。低噪音放大器提供13 dB的增益，它有正常和低增益兩種模式，當(dāng)TRF6900接收的信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，應(yīng)該選擇低增益模式，這樣可以最大程度地減少信號(hào)的非線性失真。放大后的信號(hào)被送入混頻器，混頻器將信號(hào)變頻到中頻，再通過(guò)第一和第二級(jí)中頻放大。第一級(jí)中頻放大可獲得7 dB的增益，用以補(bǔ)償濾波器帶來(lái)的損耗；第二級(jí)中頻放大包括多個(gè)放大器，總共可獲得80 dB的增益。經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大后的信號(hào)，如果采用的是FM／FSK調(diào)制方式，就送入FM／FSK解調(diào)器，解調(diào)出的數(shù)據(jù)信號(hào)從DATA OUT引出。如果是頻移鍵控(ASK)或開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)，則送入接收信號(hào)強(qiáng)度指示器(RSSI)解調(diào)，解調(diào)后的基帶數(shù)據(jù)從RSSI OUT輸出。

1．1．2 發(fā)射工作原理

數(shù)字基帶信號(hào)從TX DATA引入TRF6900片內(nèi)，經(jīng)過(guò)直接數(shù)字頻率合成器(DDS)調(diào)制到中頻，再通過(guò)鎖相環(huán)(PLL)倍頻到射頻，最后通過(guò)功率放大器放大信號(hào)后，由PA OUT導(dǎo)出射頻信號(hào)，再通過(guò)天線發(fā)射出去。

1．1．3 串行控制接口工作原理

串行控制接口包括CLOCK，DATA，STOBE三部分，控制著TRF6900內(nèi)部所有的寄存器，包括DDS參數(shù)設(shè)定寄存器和其他的控制寄存器。在CLOCK的每一個(gè)上升沿，DATA管腳的邏輯值送入24 b的移位寄存器，當(dāng)STOBE電平被抬高時(shí)，設(shè)定的參數(shù)被送入選定的鎖存器。TRF6900有四個(gè)可編程的24 b控制字(A，B，C，D)�？刂谱諥和B分別控制DDS模式0和模式1狀態(tài)下輸出信號(hào)頻率�？刂谱諧負(fù)責(zé)鎖相環(huán)和DDS模式O的設(shè)定�？刂谱諨負(fù)責(zé)調(diào)制和DDS模式1的設(shè)定。

1．2數(shù)字基帶部分

數(shù)字基帶部分基于微型控制器MSP430F1121。通過(guò)它將外部的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合TRF6900的數(shù)字信號(hào)，再配合軟件設(shè)計(jì)可以很方便地進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)換。數(shù)字基帶部分的硬件電路由RS 232和MSP430F1121組成，如圖1所示。

MSP430F112l微型控制器是一款超低功耗、高性能的16位精簡(jiǎn)指令集MCU，主要由以下部分組成：基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊，包括1個(gè)數(shù)控振蕩器(DCO)和1個(gè)晶體振蕩器；看門狗定時(shí)器Watchdog Timer，可用作通用定時(shí)器；帶有3個(gè)捕捉／比較寄存器的16位定時(shí)器Timer_A；2個(gè)具有中斷功能的8位并行端口：P1與P2；模擬比較器Comparator A。