基于TDA5255的射頻收發(fā)器設(shè)計(jì)

1 引言

近距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信作為無(wú)線接入通信方式中的一種，可廣泛應(yīng)用于遙控、報(bào)警、遙測(cè)等領(lǐng)域。采用射頻收發(fā)器件設(shè)計(jì)射頻收發(fā)器是一種重要的實(shí)現(xiàn)近距離信息傳輸?shù)姆绞?。本文基于英飛凌公司的射頻收發(fā)器TDA5255和XC866單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)射頻收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸。

2 TDA5255射頻收發(fā)器

2.1 主要特點(diǎn)

TDA5255是低功率、單片F(xiàn)SK／ASK收發(fā)器，適用于433 MHz～435 MHz半雙工低數(shù)據(jù)速率通信。該器件集成度高、外圍電路簡(jiǎn)單。內(nèi)部包含功率放大器、低噪聲放大器、AGC控制電路、雙平衡混頻器、合成的轉(zhuǎn)換器、I／Q限幅器、RRSI發(fā)生器、FSK解調(diào)器、完全集成的VCO和PLL合成器、可調(diào)的晶體振蕩器、數(shù)據(jù)濾波器、數(shù)據(jù)比較器、正負(fù)峰值檢波器、數(shù)據(jù)率檢測(cè)電路和總線接口，還可提供低功耗模式，低電流消耗(接收模式9 mA，發(fā)射模式12 mA)，電源電壓為2.1 V～5 V，F(xiàn)SK／ASK調(diào)制和解調(diào)，I2C／3線微控制器接口，內(nèi)部低通通道選擇濾波器和數(shù)據(jù)濾波器可以調(diào)節(jié)帶寬。數(shù)據(jù)限幅器自調(diào)節(jié)閾值。FSK接收靈敏度為-109 dBm，發(fā)射功率為+13 dBm，最大數(shù)據(jù)速率可達(dá)100 kb／s?？捎糜诘蛿?shù)據(jù)速率通信系統(tǒng)、無(wú)線進(jìn)入系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)等。

2.2 工作模式設(shè)置

TDA5255的基本工作模式包括：發(fā)送／接收模式、ASK／FSK調(diào)制、高發(fā)射功耗／低發(fā)射功耗模式，可以通過(guò)相應(yīng)的引腳Rx／Tx，ASK／FSK，PWD／DD進(jìn)行控制。

除此之外，TDA5255可以通過(guò)BUSMODE引腳選擇I2C總線協(xié)議或3線總線協(xié)議。通過(guò)修改TDA5255內(nèi)部寄存器的值選擇工作模式。但是在這種情況下，首先修改TDA5255中的CONFIG寄存器中的D12位。當(dāng)D12=0時(shí)，工作模式為外部控制；當(dāng)D12=1時(shí)，采用內(nèi)部控制，即由內(nèi)部寄存器控制發(fā)送模式／接收模式、ASK調(diào)制／FSK調(diào)制、高發(fā)射功耗模式／低發(fā)射功耗模式，不受外部引腳控制。

TDA5255的其他工作參數(shù)均可以通過(guò)修改其內(nèi)部寄存器的值來(lái)設(shè)置。包括分頻輸出時(shí)鐘頻率，F(xiàn)SK頻移值，RSSI信號(hào)門限等。

2.3 硬件電路設(shè)計(jì)

微控制器與射頻芯片之間共需要7根線,分別是電源、地、BUSCLK、BUSDATA、Rx／Tx、DATA、PWD／DD。如圖1所示。



當(dāng)BUSMODE=0時(shí)，TDA5255的總線模式為I2C。微控制器通過(guò)I2C總線設(shè)置TDA5255的工作模式。BUSCLK和BUSDATA分別為總線時(shí)鐘線和總線數(shù)據(jù)線。

Rx／Tx引腳懸空或?yàn)楦唠娖綍r(shí)，TDA5255處于發(fā)送狀態(tài)。此時(shí)，射頻信號(hào)從天線經(jīng)C6，C8，C9，L1，C11到低噪放大器輸人引腳。R9為高阻，不影響電路匹配。C6為直流去耦電容。差動(dòng)低噪放大器的另一個(gè)輸入信號(hào)可通過(guò)大電容交流耦合。此時(shí)差動(dòng)低噪放大器作為更易于匹配的單端低噪放大器。重要匹配元件有C8，C9，L1和C11。

Rx／Tx引腳接地或者通過(guò)編程可使器件處于接收狀態(tài)。此時(shí)，Rx／Tx引腳工作在漏極開(kāi)路狀態(tài)，輸出邏輯低，對(duì)RF低阻。直流電流從VCC經(jīng)由L2，L3，D2，R9和D1到GND。因?yàn)镽9高阻，C6，C4，C5的容值大。電路可簡(jiǎn)化RF信號(hào)。此時(shí)低噪放大器RF接地，所以低噪放大器輸入無(wú)功耗。功率放大器匹配主要取決于C8，C28，L2，C29和L3。需要注意的是，在設(shè)計(jì)功放匹配時(shí)，C8是不可以修改的，因?yàn)槠鋽?shù)值已經(jīng)由低噪放大輸入匹配確定。為準(zhǔn)確計(jì)算外部電容，必須考慮焊盤上的電容，以及引腳和開(kāi)關(guān)(C20，C22，C23)之間的寄生電容。

PWD／DD引腳用于設(shè)置射頻器件的高低功耗模式。DATA引腳是數(shù)據(jù)引腳，發(fā)送模式下，由單片機(jī)發(fā)送信號(hào)至射頻器件；接收模式時(shí)，如果能接收到信號(hào)，該引腳與發(fā)送端的波形相同，測(cè)試延時(shí)25μs。當(dāng)接收不到信號(hào)時(shí)，該引腳輸出無(wú)規(guī)律的脈沖雜波。實(shí)際使用時(shí)，可以通過(guò)修改TDA5255的RSSI信號(hào)門限值去除雜波，讓DATA引腳在沒(méi)有接收到有效信息時(shí)保持低電平。

3 微控制器及軟件設(shè)計(jì)

3.1 XC866單片機(jī)簡(jiǎn)介

微控制器選用英飛凌公司的XC866 8位單片機(jī)。XC866的設(shè)計(jì)基于與標(biāo)準(zhǔn)8051處理器相兼容的XC800內(nèi)核。XC866內(nèi)部集成振蕩器或內(nèi)嵌電壓調(diào)節(jié)器(可由3.3 V或5.0 V單電源供電)。

XC866的同步串行通道(SSC)支持全雙工和半雙工同步通信。通過(guò)TXD和RXD線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通常這兩條線分別與引腳MTSR(主機(jī)發(fā)送／從機(jī)接收)和MRST(主機(jī)接收／從機(jī)發(fā)送)相連。時(shí)鐘信號(hào)由MS_CLK(主機(jī)串行移位時(shí)鐘)輸出或從SS_CLK(從機(jī)串行移位時(shí)鐘)輸入，這兩條時(shí)鐘線通常與引腳SCLK相連。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收均有緩沖寄存器。在與TDA5255之間進(jìn)行信息傳輸時(shí)使用半雙工通信方式，通過(guò)I2C總線協(xié)議設(shè)置TDA5255的內(nèi)部寄存器值。

微控制器完成TDA5255的工作模式設(shè)置，控制TDA5255發(fā)送有效的信息；接收和處理TDA5255接收到的數(shù)據(jù)等工作。P1.0、P1.1分別接MAX3232的RXD0和TXD0，用于完成與PC機(jī)的串行通信。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序流程圖如圖2所示。



發(fā)送數(shù)據(jù)采用先發(fā)一個(gè)“0”，再發(fā)一個(gè)“1”，然后發(fā)信息比特“0”或者“1”，這樣在上升沿后，延時(shí)1.5個(gè)基本時(shí)間就可獲得信息碼。如圖3所示?；緯r(shí)間的定義決定信息的發(fā)送速率．這里取100μs。每300μs發(fā)送一個(gè)信息碼，發(fā)送速率為3.3kb／s。TDA5255的最大數(shù)據(jù)速率可達(dá)100 kb/s。



4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的射頻收發(fā)器能短距離信息傳輸，并通過(guò)與PC機(jī)的連接發(fā)送PC機(jī)的任意信息，還可在上位機(jī)界面上顯示獲得的反饋信息。該系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)小車的控制器，控制效果良好。還可以作為模塊移植，應(yīng)用于近距離遙控等方面。