基于TRF4900的無線發射電路設計與應用

基于TRF4900的無線發射電路設計與應用

摘要：采用無線發射芯片TRF4900組成的無線數字發射電路，工作在歐洲868 MHz頻帶和北美915 MHzISM頻帶，FSK調制，發射功率7 dBm，電源電壓2.2～3.6 V，通過串行接口連接到微控制器實現參數設置和發射控制。文中介紹應用電路、與微控制器連接的電路以及特性參數的設置。

1 無線數字發射電路

　　無線數字發射電路采用無線發射芯片TRF4900。TRF4900是TI公司生產的、單片集成的、低價格的、能提供完全功能的多通道FSK發射器。芯片能滿足在歐洲868 MHz頻帶和北美915 MHz ISM頻帶的線性(FM)或者數字（FSK）發射應用。單片發射器芯片工作電壓2.2～3.6 V，典型發射功率為7 dBm，并具有低的功率消耗。24位直接數字合成器有11位DAC，合成器有大約230 Hz的通道空間，允許窄帶和寬帶應用。兩個完全可編程工作模式--模式0和模式1，允許非常快地在兩個預先編程的設置之間轉換（例如發射頻率0或者發射頻率1）。芯片內集成壓控振蕩器（VCO）、鎖相環（PLL）和基準振蕩器，僅需要極少的外部元件即可構成一個完整的發射電路。TRF4900通過串行接口連接到TI MSP430微控制器。發射器的每一個功能塊能夠通過串行接口編程設置其功能。TRF4900應用電路如圖1所示。

圖1 TRF4900應用電路

2 與微控制器連接電路

　　TRF4900通過串行接口連接到TI的MSP430微控制器，如圖2所示。

　　TRF4900的引腳23（LOCKDET）， PLL鎖相檢測輸出，有效為高電平。當LOCKDET = 1時，PLL鎖定。引腳11（MODE），模式選擇輸入，器件在模式0和模式1的功能能夠通過串行控制接口的A、B、C、D字編程。引腳12（），睡眠控制，低電平有效。當= 0時，控制寄存器的內容仍然有效，能夠通過串行控制接口編程。引腳14 （TX-DATA），數字調制輸入，為載波的FSK/FM調制，高電平有效 。

串行控制接口是一個3線單向串行總線（CLOCK 串行接口時鐘信號，DATA 串行接口數據信號，STROBE 串行接口選通信號），用來編程TRF4900。接口內部的寄存器包含所有用戶可編程變量，包括DDS頻率設置，也包括所有的控制寄存器。串行接口的時序如圖3所示。

　　在CLOCK信號的每一個上升沿，DATA引腳端上的邏輯值被寫入24位的移位寄存器。設置STROBE端為高電平，編程的信息被裝入選擇的鎖存器。當STROBE信號為高時，DATA和CLOCK線必須為低。因此，STROBE與CLOCK的信號是不同步的。串行接口能被編程工作在有效狀態或者睡眠狀態（待機模式）。

圖3 串行接口時序圖

3 TRF4900的設置

　　TRF4900的直接數字合成器DDS是基于用數字辦法產生正弦波信號的。DDS由累加器、正弦波查找表、數/模轉換器、低通濾波器組成。所有數字功能塊的時鐘由基準振蕩器提供。DDS利用一個N位加法器從0到2N計數，根據在頻率寄存器中的數據轉換規范產生數字階梯波，來構造一個模擬正弦波。N位計數器的輸出寄存器的每一個數字，用來選擇正弦波查找表中相應的正弦波數值輸出。在數/模轉換后，低通濾波器用來抑制不需要的寄生響應。模擬輸出信號能用來作為PLL的參考輸入信號。PLL電路根據預先確定的系數倍乘基準頻率。

　　基準振蕩器的頻率fref是DDS的采樣頻率，同時也確定最高的DDS輸出頻率，與累加器的位數一起，可以計算DDS的頻率分辨率。TRF4900的最小頻率步長可由下式計算：

Δf=N×(fref/2 24)

　　24位的累加器能夠通過兩個22位的頻率設置寄存器編程（A字確定模式0的頻率，B字確定模式1的頻率），同時寄存器的兩個MSB位設置為0。因此，DDS系統的最大位權減少到1/8，如圖4所示。

　　這個位權與VCO輸出頻率（fref/8）×N相適應。根據在MODE端的邏輯電平，內部選擇邏輯裝載DDS-0或者DDS-1頻率到頻率寄存器。VCO的輸出頻率fout是由DDS-x頻率設置決定的（DSS-0在A字中，DDS-1在B字中），VCO的輸出頻率fout計算公式如下：

fout=DDS_x×N×(fref/2 24)=N×[(fref×DDS_x)/2 24]

　　如果選擇FSK調制（MM=0，C字，16位），則8位FSK頻偏寄存器能被用來編程2-FSK調制的頻偏。頻偏寄存器的8位在24位DDS頻率寄存器中，LSB設置為0，總的FSK頻偏由下式計算：

Δf2-FSK=N×[(DEV×fref)/2 22]

因此，2-FSK頻率由在TX-DATA上的電平設置，計算公式如下：

fout1:TX_DATA=low=N×[(fref×DDS_x)/2 24]

fout2:TX_DATA=High=N×[fref×(DDS_x 4×DEV)]/2 24

　　這個調頻輸出信號用來作為PLL電路的基準輸入信號。2-FSK調制信道寬度（頻偏）和信道間距是軟件可編程的。最小信道寬度和最小信道間距取決于RF系統頻率設計，中心頻率fcenter = (fout1 fout2)/2。當FSK發射時，中心頻率fcenter被認為是有效的載波頻率。

　　鎖相環由相位檢波器（PD）、鑒頻器（PD）、充電泵、VCO、外接的回路濾波器和在反饋回路中的可編程的預分頻器（N分頻器）組成。當使用外部VCO時，x-VCO位將被設置為0。分頻器是可編程的，分頻系數N能由C字設置成256或512。

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