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：电子设计应用收藏

AT86RF211是ATMEL公司最新推出的ISM波段单片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；FSK调制，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。
频率合成器(FrequencySynthesis)：是一个完整的高速、高分辨率、多回路频率合成器，可工作在400MHz~480MHz和800MHz~950MHz两个频段，通过状态寄存器F0~F3设定。合成器滤波器元件(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。
FSK调制器：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。