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單片射頻收發(fā)芯片TRF6901的原理與應(yīng)用
摘要：TRF6901是TI公司推出的單片射頻收發(fā)器。該芯片內(nèi)含完整的發(fā)射和接收電路，因而特別適合ISM頻段內(nèi)數(shù)據(jù)的半雙工雙向無線傳輸。它和TRF6900相比具有發(fā)射功率大、價格低、適用電壓范圍寬、使用簡單、外圍器件少等優(yōu)點(diǎn)。文中介紹了TRF6901的結(jié)構(gòu)、原理、特性及應(yīng)用電路。１ 概述
ＴＲＦ６９０１是ＴＩ公司推出的單片低成本射頻收發(fā)器芯片，其內(nèi)部集成了完整的發(fā)射電路和接收電路，可以很容易地組成一個半雙工射頻連接器。ＴＲＦ６９０１具有多個頻道，其工作頻率可以編程，頻率范圍為８６０～９３０ＭＨｚ。芯片的供電電壓范圍為１．８Ｖ～３．６Ｖ，射頻輸出功率高達(dá)＋９ｄＢｍ。
ＴＲＦ６９０１的主要特點(diǎn)如下：
● 工作頻率范圍為８６０ＭＨｚ～９３０ＭＨｚ；
● 低功耗，發(fā)射電流最大為４０ｍＡ，接收電流最大為２０ｍＡ，待機(jī)電流最大為４μＡ；
● 可以使用ＯＯＫ和ＦＳＫ兩種調(diào)制方式；
● 集成有頻率合成器和壓控振蕩器；
● 內(nèi)含鎖相環(huán)和參考振蕩器；
● 具有９ｄＢｍ的典型輸出功率；
● 內(nèi)含可編程電池檢測電路；
● 帶有接收信號強(qiáng)度檢測器；
● 具有靈活的３線串行接口，可方便地與微控制器進(jìn)行連接；
● 基準(zhǔn)振蕩器頻率可編程微調(diào)；
● 集成度高，外圍元件少；
● 采用４８腳ＰＱＦＰ封裝，體積小。
圖1
ＴＲＦ６９０１和微控制器之間可以通過１１條引腳連接，若想構(gòu)成低功耗系統(tǒng)，可以選擇ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０系列單片機(jī)來作微控制器。
２ 引腳功能
３ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
ＴＲＦ６９０１芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示，各部分的功能原理如下：
３．１ 低噪聲放大器和混頻器
ＴＲＦ６９０１內(nèi)部集成的低噪聲射頻放大器采用差分方式輸入，芯片外部的網(wǎng)絡(luò)具有５０Ω阻抗匹配和１８０°相移的作用，可以把輸入信號轉(zhuǎn)換為相位差為１８０°的兩路信號并分別輸入到低噪聲放大器的兩個引腳。該差分電路的輸入阻抗約為５００Ω。
低噪聲放大器的輸出信號為高頻信號，為了便于進(jìn)一步放大、解調(diào)，設(shè)計時應(yīng)使用混頻器把它變成中頻信號。該混頻器的本振信號由片內(nèi)ＰＬＬ控制的ＶＣＯ提供，本振頻率等于接收信號頻率減去中頻頻率，并可以根據(jù)接收信號的頻率對本振頻率進(jìn)行編程控制。
３．２ 濾波器和中頻放大器
為了使整個接收電路具有良好的選擇性，混頻器的輸出信號需經(jīng)過一個外接的中頻濾波器進(jìn)行濾波。中頻頻率可選１０．７ＭＨｚ，對應(yīng)的濾波器也可以選擇１０．７ＭＨｚ的三端陶瓷濾波器。濾波器的輸出再輸入到中頻放大器進(jìn)行放大。
中頻放大器同樣采用差分輸入。為了把三端濾波器的輸出信號變成一個差模信號，可在差分電路的兩個輸入端連接電感以實(shí)現(xiàn)１８０°的相移。中頻放大器包含的增益為６８ｄＢ的限幅放大器可實(shí)現(xiàn)高增益的中頻信號放大。
３．３ 接收信號強(qiáng)度指示電路（ＲＳＳＩ）
接收信號強(qiáng)度指示器的輸出電壓是對中頻限幅放大器的輸入信號進(jìn)行整流后得到的直流電壓，其電壓大小和接收到的信號強(qiáng)弱成正比。ＲＳＳＩ信號可用作故障檢測、收發(fā)中的握手信號以及射頻通道的選擇信號；在有些應(yīng)用中，它還可以用作ＡＳＫ和ＯＯＫ的解調(diào)信號。
圖2
３．４ ＦＳＫ解調(diào)電路
限幅放大器的輸出信號要輸入到解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，該解調(diào)電路是一個積分式的ＦＳＫ解調(diào)電路。解調(diào)器的外部必須接一個和中頻頻率一致的陶瓷鑒頻器或ＬＣ諧振回路，最好使用陶瓷鑒頻器。芯片的內(nèi)部用可編程的電阻和外部鑒頻器并聯(lián)，這樣改變電阻的值就可以微調(diào)鑒頻器的中心頻率。可編程電阻的值由芯片內(nèi)Ｄ寄存器的１２～１４位控制，推薦值為１１０。如果外接電路使用ＬＣ回路，Ｌ和Ｃ的值可以根據(jù)公式ｆｒｅｓ＝１／２π（ＬＣ）１／２來計算，ＬＣ回路的兩端還可根據(jù)需要并聯(lián)一個電阻來降低回路的Ｑ值。
３．５ 數(shù)據(jù)檢測器
數(shù)據(jù)檢測器由一個比較器構(gòu)成。它的輸出由接收信號和門限電壓來確定，門限電壓存儲在３４腳的外接電容上。當(dāng)３９腳的學(xué)習(xí)／保持控制信號為高電平時，存儲電容被接收信號充電，充電值為高低電平的平均值；而如果３９腳的學(xué)習(xí)／保持控制信號為低電平，電容上的電壓將緩慢下降，因此，存儲電容必須定時充電。通常在每次數(shù)據(jù)接收之前，都要用一段訓(xùn)練信號對電容充電。外接電容的容量約為信號周期的萬分之一。但是，如果調(diào)制時的信號沒有直流信號，那么ＴＲＦ６９０１就可以始終工作在學(xué)習(xí)模式，這樣也就不需要訓(xùn)練信號。
３．６ 頻率合成器
頻率合成器內(nèi)含一個主分頻器，可用來對ＶＣＯ信號進(jìn)行分頻。主分頻器由一個５ｂｉｔ的Ａ計數(shù)器、一個９ｂｉｔ的Ｂ計數(shù)器和一個預(yù)分頻器組成。預(yù)分頻器的分頻數(shù)可以是３２或３３，當(dāng)Ａ計數(shù)器溢出時，預(yù)分頻器的分頻數(shù)為３３，直到Ｂ計數(shù)器溢出，它又變成３２，因此主分頻器的總分頻數(shù)為：
Ｎ１＝３３×Ａ＋３２（Ｂ－Ａ）
此外，頻率合成器中還有一個參考分頻器可用于對基準(zhǔn)晶體振蕩器的振蕩信號進(jìn)行分頻，該分頻器為８位，最大分頻數(shù)（Ｎ２）為２５５。
上述兩個分頻器的信號可同時輸入到鑒相器。鑒相器的輸出用于控制ＶＣＯ的振蕩頻率。集成電路的３１腳外接一個和晶體相串聯(lián)的電容，該電容通過內(nèi)部開關(guān)接地，同時，接地開關(guān)又受待發(fā)數(shù)字信號的控制，這樣，待發(fā)的數(shù)字信號就可以控制基準(zhǔn)振蕩器的振蕩頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)ＦＳＫ調(diào)制。
３．７ 串行控制接口
ＴＲＦ６９０１有一個串行接口，用以與微控制器相連，微控制器通過串行接口對ＴＲＦ６９０１內(nèi)部的４個２４位寄存器進(jìn)行編程。
ＴＲＦ６９０１有三個串行接口，分別是數(shù)據(jù)（ＤＡＴＡ）、時鐘（ＣＬＯＣＫ）和門控（ＳＴＲＯＢＥ），門控信號用于控制每個寄存器編程的開始和結(jié)束，數(shù)據(jù)的前２位用于選擇寄存器。寄存器的編程時序如圖２所示。
圖3
３．８ 主要附屬電路
除上述電路外，ＴＲＦ６９０１內(nèi)部還有一些附屬電路，如ＤＣ－ＤＣ、電池檢測和時鐘輸出等。
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