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單片射頻收發(fā)芯片TRF6901的原理與應用
摘要：TRF6901是TI公司推出的單片射頻收發(fā)器。該芯片內含完整的發(fā)射和接收電路，因而特別適合ISM頻段內數據的半雙工雙向無(wú)線(xiàn)傳輸。它和TRF6900相比具有發(fā)射功率大、價(jià)格低、適用電壓范圍寬、使用簡(jiǎn)單、外圍器件少等優(yōu)點(diǎn)。文中介紹了TRF6901的結構、原理、特性及應用電路。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(gè)半雙工射頻連接器。ＴＲＦ６９０１具有多個(gè)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＋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，待機電流最大為４μＡ；
● 可以使用ＯＯＫ和ＦＳＫ兩種調制方式；
● 集成有頻率合成器和壓控振蕩器；
● 內含鎖相環(huán)和參考振蕩器；
● 具有９ｄＢｍ的典型輸出功率；
● 內含可編程電池檢測電路；
● 帶有接收信號強度檢測器；
● 具有靈活的３線(xiàn)串行接口，可方便地與微控制器進(jìn)行連接；
● 基準振蕩器頻率可編程微調；
● 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(guò)１１條引腳連接，若想構成低功耗系統，可以選擇ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０系列單片機來(lái)作微控制器。
２ 引腳功能
３ 內部結構
ＴＲＦ６９０１芯片的內部結構如圖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(gè)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，設計時(shí)應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(gè)接收電路具有良好的選擇性，混頻器的輸出信號需經(jīng)過(guò)一個(gè)外接的中頻濾波器進(jìn)行濾波。中頻頻率可選１０．７ＭＨｚ，對應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(gè)差模信號，可在差分電路的兩個(gè)輸入端連接電感以實(shí)現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)現高增益的中頻信號放大。
３．３ 接收信號強度指示電路（ＲＳＳＩ）
接收信號強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；在有些應用中，它還可以用作ＡＳＫ和ＯＯＫ的解調信號。
圖2
３．４ ＦＳＫ解調電路
限幅放大器的輸出信號要輸入到解調電路進(jìn)行解調，該解調電路是一個(gè)積分式的ＦＳＫ解調電路。解調器的外部必須接一個(gè)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鑒頻器的中心頻率�？删幊屉娮璧闹涤尚酒瑑龋募拇嫫鞯模保病保次豢刂�，推薦值為１１０。如果外接電路使用ＬＣ回路，Ｌ和Ｃ的值可以根據公式ｆｒｅｓ＝１／２π（ＬＣ）１／２來(lái)計算，ＬＣ回路的兩端還可根據需要并聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)降低回路的Ｑ值。
３．５ 數據檢測器
數據檢測器由一個(gè)比較器構成。它的輸出由接收信號和門(mén)限電壓來(lái)確定，門(mén)限電壓存儲在３４腳的外接電容上。當３９腳的學(xué)習／保持控制信號為高電平時(shí)，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／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(shí)充電。通常在每次數據接收之前，都要用一段訓練信號對電容充電。外接電容的容量約為信號周期的萬(wàn)分之一。但是，如果調制時(shí)的信號沒(méi)有直流信號，那么ＴＲＦ６９０１就可以始終工作在學(xué)習模式，這樣也就不需要訓練信號。
３．６ 頻率合成器
頻率合成器內含一個(gè)主分頻器，可用來(lái)對ＶＣＯ信號進(jìn)行分頻。主分頻器由一個(gè)５ｂｉｔ的Ａ計數器、一個(gè)９ｂｉｔ的Ｂ計數器和一個(gè)預分頻器組成。預分頻器的分頻數可以是３２或３３，當Ａ計數器溢出時(shí)，預分頻器的分頻數為３３，直到Ｂ計數器溢出，它又變成３２，因此主分頻器的總分頻數為：
Ｎ１＝３３×Ａ＋３２（Ｂ－Ａ）
此外，頻率合成器中還有一個(gè)參考分頻器可用于對基準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（Ｎ２）為２５５。
上述兩個(gè)分頻器的信號可同時(shí)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(gè)和晶體相串聯(lián)的電容，該電容通過(guò)內部開(kāi)關(guān)接地，同時(shí)，接地開(kāi)關(guān)又受待發(fā)數字信號的控制，這樣，待發(fā)的數字信號就可以控制基準振蕩器的振蕩頻率，進(jìn)而實(shí)現ＦＳＫ調制。
３．７ 串行控制接口
ＴＲＦ６９０１有一個(gè)串行接口，用以與微控制器相連，微控制器通過(guò)串行接口對ＴＲＦ６９０１內部的４個(gè)２４位寄存器進(jìn)行編程。
ＴＲＦ６９０１有三個(gè)串行接口，分別是數據（ＤＡＴＡ）、時(shí)鐘（ＣＬＯＣＫ）和門(mén)控（ＳＴＲＯＢＥ），門(mén)控信號用于控制每個(gè)寄存器編程的開(kāi)始和結束，數據的前２位用于選擇寄存器。寄存器的編程時(shí)序如圖２所示。
圖3
３．８ 主要附屬電路
除上述電路外，ＴＲＦ６９０１內部還有一些附屬電路，如ＤＣ－ＤＣ、電池檢測和時(shí)鐘輸出等。
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