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基于TRF4900的無(wú)線發(fā)射電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用
摘要：采用無(wú)線發(fā)射芯片TRF4900組成的無(wú)線數(shù)字發(fā)射電路，工作在歐洲868MHz頻帶和北美915MHzISM頻帶，F(xiàn)SK調(diào)制，發(fā)射功率7dBm，電源電壓2.2～3.6V，通過(guò)串行接口連接到微控制器實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和發(fā)射控制。文中介紹應(yīng)用電路、與微控制器連接的電路以及特性參數(shù)的設(shè)置。關(guān)鍵詞：無(wú)線數(shù)字發(fā)射器FSK
1無(wú)線數(shù)字發(fā)射電路
無(wú)線數(shù)字發(fā)射電路采用無(wú)線發(fā)射芯片TRF4900。TRF4900是TI公司生產(chǎn)的、單片集成的、低價(jià)格的、能提供完全功能的多通道FSK發(fā)射器。芯片能滿足在歐洲868MHz頻帶和北美915MHzISM頻帶的線性(FM)或者數(shù)字（FSK）發(fā)射應(yīng)用。單片發(fā)射器芯片工作電壓2.2～3.6V，典型發(fā)射功率為7dBm，并具有低的功率消耗。24位直接數(shù)字合成器有11位DAC，合成器有大約230Hz的通道空間，允許窄帶和寬帶應(yīng)用。兩個(gè)完全可編程工作模式--模式0和模式1，允許非�？斓卦趦蓚�(gè)預(yù)先編程的設(shè)置之間轉(zhuǎn)換（例如發(fā)射頻率0或者發(fā)射頻率1）。芯片內(nèi)集成壓控振蕩器（VCO）、鎖相環(huán)（PLL）和基準(zhǔn)振蕩器，僅需要極少的外部元件即可構(gòu)成一個(gè)完整的發(fā)射電路。TRF4900通過(guò)串行接口連接到TIMSP430微控制器。發(fā)射器的每一個(gè)功能塊能夠通過(guò)串行接口編程設(shè)置其功能。TRF4900應(yīng)用電路如圖1所示。
圖1TRF4900應(yīng)用電路
2與微控制器連接電路
TRF4900通過(guò)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(cè)輸出，有效為高電平。當(dāng)LOCKDET=1時(shí)，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(guò)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(dāng)=0時(shí)，控制寄存器的內(nèi)容仍然有效，能夠通過(guò)串行控制接口編程。引腳14（TX-DATA），數(shù)字調(diào)制輸入，為載波的FSK/FM調(diào)制，高電平有效。
串行控制接口是一個(gè)3線單向串行總線（CLOCK串行接口時(shí)鐘信號(hào)，DATA串行接口數(shù)據(jù)信號(hào)，STROBE串行接口選通信號(hào)），用來(lái)編程TRF4900。接口內(nèi)部的寄存器包含所有用戶可編程變量，包括DDS頻率設(shè)置，也包括所有的控制寄存器。串行接口的時(shí)序如圖3所示。
在CLOCK信號(hào)的每一個(gè)上升沿，DATA引腳端上的邏輯值被寫入24位的移位寄存器。設(shè)置STROBE端為高電平，編程的信息被裝入選擇的鎖存器。當(dāng)STROBE信號(hào)為高時(shí)，DATA和CLOCK線必須為低。因此，STROBE與CLOCK的信號(hào)是不同步的。串行接口能被編程工作在有效狀態(tài)或者睡眠狀態(tài)（待機(jī)模式）。
圖3串行接口時(shí)序圖
3TRF4900的設(shè)置
TRF4900的直接數(shù)字合成器DDS是基于用數(shù)字辦法產(chǎn)生正弦波信號(hào)的。DDS由累加器、正弦波查找表、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器組成。所有數(shù)字功能塊的時(shí)鐘由基準(zhǔn)振蕩器提供。DDS利用一個(gè)N位加法器從0到2N計(jì)數(shù)，根據(jù)在頻率寄存器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范產(chǎn)生數(shù)字階梯波，來(lái)構(gòu)造一個(gè)模擬正弦波。N位計(jì)數(shù)器的輸出寄存器的每一個(gè)數(shù)字，用來(lái)選擇正弦波查找表中相應(yīng)的正弦波數(shù)值輸出。在數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，低通濾波器用來(lái)抑制不需要的寄生響應(yīng)。模擬輸出信號(hào)能用來(lái)作為PLL的參考輸入信號(hào)。PLL電路根據(jù)預(yù)先確定的系數(shù)倍乘基準(zhǔn)頻率。
基準(zhǔn)振蕩器的頻率fref是DDS的采樣頻率，同時(shí)也確定最高的DDS輸出頻率，與累加器的位數(shù)一起，可以計(jì)算DDS的頻率分辨率。TRF4900的最小頻率步長(zhǎng)可由下式計(jì)算：
Δf=N×(fref/224)
24位的累加器能夠通過(guò)兩個(gè)22位的頻率設(shè)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(shí)寄存器的兩個(gè)MSB位設(shè)置為0。因此，DDS系統(tǒng)的最大位權(quán)減少到1/8，如圖4所示。
這個(gè)位權(quán)與VCO輸出頻率（fref/8）×N相適應(yīng)。根據(jù)在MODE端的邏輯電平，內(nèi)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(shè)置決定的（DSS-0在A字中，DDS-1在B字中），VCO的輸出頻率fout計(jì)算公式如下：
fout=DDS_x×N×(fref/224)=N×[(fref×DDS_x)/224]
如果選擇FSK調(diào)制（MM=0，C字，16位），則8位FSK頻偏寄存器能被用來(lái)編程2-FSK調(diào)制的頻偏。頻偏寄存器的8位在24位DDS頻率寄存器中，LSB設(shè)置為0，總的FSK頻偏由下式計(jì)算：
Δf2-FSK=N×[(DEV×fref)/222]
因此，2-FSK頻率由在TX-DATA上的電平設(shè)置，計(jì)算公式如下：
fout1:TX_DATA=low=N×[(fref×DDS_x)/224]
fout2:TX_DATA=High=N×[fref×(DDS_x+4×DEV)]/224
這個(gè)調(diào)頻輸出信號(hào)用來(lái)作為PLL電路的基準(zhǔn)輸入信號(hào)。2-FSK調(diào)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(tǒng)頻率設(shè)計(jì)，中心頻率fcenter=(fout1+fout2)/2。當(dāng)FSK發(fā)射時(shí)，中心頻率fcenter被認(rèn)為是有效的載波頻率。
鎖相環(huán)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(yù)分頻器（N分頻器）組成。當(dāng)使用外部VCO時(shí)，x-VCO位將被設(shè)置為0。分頻器是可編程的，分頻系數(shù)N能由C字設(shè)置成256或512。
功率放大器(PA)能夠由在D字中的P0和P1兩位編程，提供可變的輸出功率電平。
圖5串行控制字格式
TRF4900的控制字是24位。第1個(gè)引入位是最高有效位(MSB)，完成對(duì)TRF4900的編程；4個(gè)24位的字必須設(shè)置，即必須設(shè)置A、B、C、D字。圖5給出定義的4個(gè)控制字。表1、表2和表3描述每個(gè)參數(shù)的功能，表4為在FSK模式下的發(fā)射頻率。
表1模式0控制寄存器描述
符號(hào)位的位置位數(shù)描述加電源后的內(nèi)部設(shè)置默認(rèn)狀態(tài)默認(rèn)值0-PA[10-9]2功率放大器模式
P1P0
00=失效
01=衰減10dB，通過(guò)TX-DATA使能調(diào)制
10=衰減20dB，通過(guò)TX-DATA使能調(diào)制
11=衰減0dB，通過(guò)TX-DATA使能調(diào)制失效00b0-VCO[11]1在操作期間，這個(gè)引腳端將總是被使能（1=使能），除非使用外的VCO失效0b0-PLL[12]1使能PLL，1=使能，0=失效失效0b
表2模式1控制寄存器描述
符號(hào)位的位置位數(shù)描述加電源后的內(nèi)部設(shè)置默認(rèn)狀態(tài)默認(rèn)值1-PA[10-9]2功率放大器模式
P1P0
00=失效
01=衰減10dB，通過(guò)TX-DATA使能調(diào)制
10=衰減20dB，通過(guò)TX-DATA使能調(diào)制
11=衰減0dB，通過(guò)TX-DATA使能調(diào)制失效00b1-VCO[11]1在操作期間，這個(gè)引腳端將總是被使能（1=使能），除非使用外部VCO失效0b1-PLL[12]1使能PLL，1=使能，0=失效失效0b
表3輔助控制寄存器描述
符號(hào)字位的位置位數(shù)描述加電源后的內(nèi)部設(shè)置默認(rèn)狀態(tài)默認(rèn)值DDS-0A字[21-0]22模式0DDS頻率設(shè)置0全為0DDS-1B字[21-0]22模式1DDS頻率設(shè)置0全為0DEVD字[20-13]8FSK分頻率寄存器0全為0APLLC字[20-18]3捕獲頻率的加速因子
A2A1A0
000=1
001=20
011=60
┊
111=1400000bNPLLC字[17]1PLL分頻率
0=256
1=5122560bMMC字[16]1調(diào)制模式選擇。為FSK數(shù)據(jù)輸入設(shè)置
TC-DATA引腳端行為。
0=FSK/FM
1=不使用FSK模式0b
表4在FSK模式發(fā)射頻率（MM位設(shè)置為0）
引腳端
發(fā)射頻率
STDBYMODETX-DATA100fout=fref×N×(DDS_0)/224101fout=fref×N×(DDS_0+4×DEV)/224110fout=fref×N×(DDS_1)/224111fout=fref×N×(DDS_1+4×dev)/224
結(jié)語(yǔ)
由TRF4900和MSP430組成的無(wú)線數(shù)字發(fā)射電路可方便地嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中；在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線抄表系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。
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