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ISM波段单片FSK无线收发器AT86RF211

作者:长春工程学院信息工程系,闫胜利时间:2003-06-13来源:电子设计应用
AT86RF211是ATMEL公司最新推出的单片FSK无线收发器,可广泛应用于远程测量、远程控制、安全报警、无线MODEM、无线抄表系统、手持终端、双向通讯、自动化仪表等领域,是目前性能最好的无线数据传输产品之一。
=AT86RF211主要特性
频率400MHz~950MHz,数字调节200Hz/Steps;2.4V低电压工作,低功耗、待机0.5mA;卓越节电设计,内置可编程远程智能唤醒功能;数字调节传输速率,速率可高达64Kbps;可调通讯距离,可达1000米范围;,直接串行数据输出,无需曼彻斯特解码;集成快速收发转换控制,转换时间<200ms;输出功率可调,8级数字调节;VCC与RSSI数字检测输出;全数字接口,专用控制和状态寄存器;非常高的输出能力允许使用印刷天线:在915MHz频带中为+10dBm;在868MHz频带中为+12dBm;在433MHz频带中为+14dBm。

AT86RF211内部框图及内部功能
AT86RF211内部框图见图1,功能如下。

图1AT86RF211内部框图

图2寄存器读/写时序

基准振荡频率选用晶体振荡器,可选10.245MHz或20.945MHz,当取CL=16pF时,电容的取值为82pF、56pF、15pF、6.5/30pF;当取CL=20pF时,取值为68pF、68pF、33pF、6.5/30pF。
频率(FrequencySynthesis):是一个完整的高速、高分辨率、多回路频率,可工作在400MHz~480MHz和800MHz~950MHz两个频段,通过状态寄存器F0~F3设定。滤波器元件(图4中41、42脚元件)取值有三种:窄带(14.7KW+2.2nF)//220pF;标准(3.3KW+5.6nF)//560pF;高速数传(10KW+1nF)//100pF。
接收发送选择开关:在发送信号时呈高阻状态,切断PA到LNA的通路。在RX/TX控制位的控制下自动切换开关状态。
·RF滤波器:使用SAW带通滤波器能提高AT86RF211的抗扰性。选用元件要保证接收发送选择开关输出和LNA输入匹配,868MHz典型应用时,用50W/50WSAW滤波器。
低噪声放大器/混频器1(LNA/MIXER1):电压增益从11dB~17dB可控;带宽1.2GHz;900MHz时LNA自身噪声3dB(匹配良好时),最大增益时总噪声8dB,最小增益时总噪声12dB;
中频滤波器1(IF1):选用常用的陶瓷滤波器,也可以用大于100pF的电容耦合来代替。
中频放大器1增益/混频器2(IF1 AMP+MIXER2):IF1输入匹配为330Ω,典型应用时总增益14dB。
中频滤波器2(IF2):IF2完成窄带频道选择,可用一个大于1nF的电容代替LC带通滤波器。实际上频带选择主要由IF1完成。
中频放大器2(IF2 AMP):输入阻抗1.7KW,信号由455KHz的中频滤波器2输入。IF2DEC(31脚)接2.2nF的去耦电容。
接收信号强度指示(RSSI)输出:IF2的信号经ADC转换后存放在状态寄存器中作为6位RSSI数值。
器:由PLL控制工作在稳定的455KHz频率上,串行数字输出,无需曼彻斯特解码。
数据限幅器(DATA SLICER):限制鉴相器输出电压(27脚)。
功率放大器(PA):天线阻抗匹配正确时,能够输出不低于+10dB的功率。当RPOWER取值为10KW时,433MHz、868MHz、915MHz输出功率分别为+14dB、+12dB、+10dB。
控制逻辑(CONTROL LOGIC):通过接口可以连续监示和控制AT86RF211芯片工作状态。接口有三条引线:输入使能端(SLE)、控制时钟输入端(SCK)和控制数据输入输出端(SDATA)。当SLE=1,SCK、SDATA的数据不能进入芯片,此时只有寄存器可以读写;SLE=0,SCK、SDATA有效。
寄存器:AT86RF211的寄存器结构如表1所示,R/W=1时,寄存器处于写状态,读写时序如图2所示。

图3微控制器接口电路

表1
地址 读写 数据(32位)
A3A2A1A0 R/W D31-D0

典型应用及与微控制器的接口
AT86RF211提供了6个用户可使用的接口,包括数据收发(DATA MSG)、数据收发同步时钟(DATACLK)、远程唤醒接口(WAKE UP);另外3个是上述控制数据输入输出专用接口的SLE、SCK和SDATA。
AT86RF211可以直接与微控制器芯片连接,无须进行曼彻斯特码转换,是标准的COMS电平。数据传输是串行传输(用户数据和控制数据),数据传输速率不能大于64Kbps,应与控制寄存器中设定的频率相同。
图3所示的接口电路是一个综合用途的接口电路,可作为无线抄表(电流)系统或无线数传系统。当作无线抄表系统使用时,电流值数据由A/D芯片TLC549转换后通过单片机输入给AT86RF211进行发送。由MAX232构成与计算机的通讯接口,通过上位机可以进行数据无线传输,即构成数传系统。AT86RF211构成的无线收发部分如图4所示。PCB射频部分使用FR-4双面板(1.6mm厚),顶层为元件面(均为贴片元件),底层为连续的地,两层的连通孔多放一些。图4中所有与电源连接的管脚都应放一个100nF的去耦电容。射频部分和单片机部分的电源分开设计,信号线不能与滤波器线路靠近。

图4 AT86RF211的应用原理图与滤波器线路靠近

结语
AT86RF211的寄存器设置是使用的关键,用户可以自己设置也可以使用缺省设置。天线匹配也是其效率发挥的关键,可以使用印刷天线,具体参数可参考nRF903的资料。

参考文献
1 ATMEL:FSKTransceiver for ISMRadio Applications(AT86RF211)
2 黄智伟,李富英.基于射频收发芯片Nrf903的无线数传模块设计[J].电子产品世界,2002.7B:pp46-48

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