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基于TRF4900的无线发射电路设计与应用

作者:时间:2004-12-07来源:网络收藏
摘要:采用芯片组成的数字电路,工作在欧洲868 MHz频带和北美915 MHzISM频带,FSK调制,功率7 dBm,电源电压2.2~3.6 V,通过串行接口连接到微控制器实现参数设置和发射控制。文中介绍电路、与微控制器连接的电路以及特性参数的设置。

关键词: 数字 发射器 FSK

1 无线数字发射电路

  无线数字发射电路采用无线发射芯片是TI公司生产的、单片集成的、低价格的、能提供完全功能的多通道FSK发射器。芯片能满足在欧洲868 MHz频带和北美915 MHz ISM频带的线性(FM)或者数字(FSK)发射。单片发射器芯片工作电压2.2~3.6 V,典型发射功率为7 dBm,并具有低的功率消耗。24位直接数字合成器有11位DAC,合成器有大约230 Hz的通道空间,允许窄带和宽带。两个完全可编程工作模式--模式0和模式1,允许非常快地在两个预先编程的设置之间转换(例如发射频率0或者发射频率1)。芯片内集成压控振荡器(VCO)、锁相环(PLL)和基准振荡器,仅需要极少的外部元件即可构成一个完整的发射电路。TRF4900通过串行接口连接到TI MSP430微控制器。发射器的每一个功能块能够通过串行接口编程设置其功能。TRF4900应用电路如图1所示。

图1 TRF4900应用电路

2 与微控制器连接电路

  TRF4900通过串行接口连接到TI的MSP430微控制器,如图2所示。

  TRF4900的引脚23(LOCKDET), PLL锁相检测输出,有效为高电平。当LOCKDET = 1时,PLL锁定。引脚11(MODE),模式选择输入,器件在模式0和模式1的功能能够通过串行控制接口的A、B、C、D字编程。引脚12(),睡眠控制,低电平有效。当= 0时,控制寄存器的内容仍然有效,能够通过串行控制接口编程。引脚14 (TX-DATA),数字调制输入,为载波的FSK/FM调制,高电平有效 。

串行控制接口是一个3线单向串行总线(CLOCK 串行接口时钟信号,DATA 串行接口数据信号,STROBE 串行接口选通信号),用来编程TRF4900。接口内部的寄存器包含所有用户可编程变量,包括DDS频率设置,也包括所有的控制寄存器。串行接口的时序如图3所示。

  在CLOCK信号的每一个上升沿,DATA引脚端上的逻辑值被写入24位的移位寄存器。设置STROBE端为高电平,编程的信息被装入选择的锁存器。当STROBE信号为高时,DATA和CLOCK线必须为低。因此,STROBE与CLOCK的信号是不同步的。串行接口能被编程工作在有效状态或者睡眠状态(待机模式)。

图3 串行接口时序图

3 TRF4900的设置

  TRF4900的直接数字合成器DDS是用数字办法产生正弦波信号的。DDS由累加器、正弦波查找表、数/模转换器、低通滤波器组成。所有数字功能块的时钟由基准振荡器提供。DDS利用一个N位加法器从0到2N计数,根据在频率寄存器中的数据转换规范产生数字阶梯波,来构造一个模拟正弦波。N位计数器的输出寄存器的每一个数字,用来选择正弦波查找表中相应的正弦波数值输出。在数/模转换后,低通滤波器用来抑制不需要的寄生响应。模拟输出信号能用来作为PLL的参考输入信号。PLL电路根据预先确定的系数倍乘基准频率。

  基准振荡器的频率fref是DDS的采样频率,同时也确定最高的DDS输出频率,与累加器的位数一起,可以计算DDS的频率分辨率。TRF4900的最小频率步长可由下式计算:

Δf=N(fref/2 24)

  24位的累加器能够通过两个22位的频率设置寄存器编程(A字确定模式0的频率,B字确定模式1的频率),同时寄存器的两个MSB位设置为0。因此,DDS系统的最大位权减少到1/8,如图4所示。

  这个位权与VCO输出频率(fref/8)N相适应。根据在MODE端的逻辑电平,内部选择逻辑装载DDS-0或者DDS-1频率到频率寄存器。VCO的输出频率fout是由DDS-x频率设置决定的(DSS-0在A字中,DDS-1在B字中),VCO的输出频率fout计算公式如下:

fout=DDS_xN(fref/2 24)=N[(frefDDS_x)/2 24]

  如果选择FSK调制(MM=0,C字,16位),则8位FSK频偏寄存器能被用来编程2-FSK调制的频偏。频偏寄存器的8位在24位DDS频率寄存器中,LSB设置为0,总的FSK频偏由下式计算:

Δf2-FSK=N[(DEVfref)/2 22]

因此,2-FSK频率由在TX-DATA上的电平设置,计算公式如下:

fout1:TX_DATA=low=N[(frefDDS_x)/2 24]

fout2:TX_DATA=High=N[fref(DDS_x+4DEV)]/2 24

  这个调频输出信号用来作为PLL电路的基准输入信号。2-FSK调制信道宽度(频偏)和信道间距是软件可编程的。最小信道宽度和最小信道间距取决于RF系统频率设计,中心频率fcenter = (fout1 + fout2)/2。当FSK发射时,中心频率fcenter被认为是有效的载波频率。

  锁相环由相位检波器(PD)、鉴频器(PD)、充电泵、VCO、外接的回路滤波器和在反馈回路中的可编程的预分频器(N分频器)组成。当使用外部VCO时,x-VCO位将被设置为0。分频器是可编程的,分频系数N能由C字设置成256或512。

  功率放大器(PA)能够由在D字中的P0和P1两位编程,提供可变的输出功率电平。

图5 串行控制字格式

  TRF4900的控制字是24位。第1个引入位是最高有效位(MSB),完成对TRF4900的编程;4个24位的字必须设置,即必须设置A、B、C、D字。图5 给出定义的4个控制字。表1、表2和表3描述每个参数的功能,表4为在FSK模式下的发射频率。

表1 模式0控制寄存器描述

符 号位的位置位 数描 述加电源后的内部设置
默认状态默认值
0-PA[10-9]2功率放大器模式
P1 P0
0 0=失效
0 1=衰减10dB,通过TX-DATA使能调制
1 0=衰减20dB,通过TX-DATA使能调制
1 1=衰减0dB,通过TX-DATA使能调制
失效00b
0-VCO[11]1在操作期间,这个引脚端将总是被使能(1=使能),除非使用外的VCO失效0b
0-PLL[12]1使能PLL,1=使能,0=失效失效0b

表2 模式1 控制寄存器描述

符 号位的位置位 数描 述加电源后的内部设置
默认状态默认值
1-PA[10-9]2功率放大器模式
P1 P0
0 0=失效
0 1=衰减10dB,通过TX-DATA使能调制
1 0=衰减20dB,通过TX-DATA使能调制
1 1=衰减0dB,通过TX-DATA使能调制
失效00b
1-VCO[11]1在操作期间,这个引脚端将总是被使能(1=使能),除非使用外部VCO失效0b
1-PLL[12]1使能PLL,1=使能,0=失效失效0b

表3 辅助控制寄存器描述

符 号位的位置位 数描 述加电源后的内部设置
默认状态默认值
DDS-0A字[21-0]22模式0DDS频率设置0全为0
DDS-1B字[21-0]22模式1DDS频率设置0全为0
DEVD字[20-13]8FSK分频率寄存器0全为0
APLLC字[20-18]3捕获频率的加速因子
A2 A1 A0
0 0 0 =1
0 0 1 =20
0 1 1 =60

1 1 1 =140
0000b
NPLLC字[17]1PLL分频率
0=256
1=512
2560b
MMC字[16]1调制模式选择。为FSK数据输入设置
TC-DATA引脚端行为。
0=FSK/FM
1=不使用
FSK模式0b

表4 在FSK模式发射频率(MM位设置为0)

引脚端

发射频率

STDBYMODETX-DATA
100fout=frefN(DDS_0)/2 24
101fout=frefN(DDS_0+4DEV)/2 24
110fout=frefN(DDS_1)/2 24
111fout=frefN(DDS_1+4dev)/2 24

结 语

由TRF4900和MSP430组成的无线数字发射电路可方便地嵌入各种测量和控制系统中;在仪器仪表数据采集系统、无线抄表系统、无线数据通信系统、计算机遥测遥控系统等中应用。



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