基于超低功耗無線芯片SX1212的無線數(shù)傳模塊設計

SX1212是SEMTECH推出的一款超低功耗的單芯片無線芯片，頻率范圍從300MHz到510MHz。SX1212經(jīng)過優(yōu)化具有非常低的接收功耗，典型接收電流為2.6mA, 遠小于同類收發(fā)器的接收電流。工作電壓為2.1-3.6V,最大發(fā)射功率+12.5dBm, SX1212集成度非常高，其包含了射頻功能和邏輯控制功能的集成電路，內(nèi)部集成壓控振蕩器、鎖相環(huán)電路、功率放大電路、低噪聲放大電路、調(diào)制解調(diào)電路、變頻器、中放電路等。此外它整合了基帶調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)傳輸速率高達150Kbps數(shù)據(jù)處理功能包括一個64字節(jié)的FIFO，包處理，自動CRC生成和數(shù)據(jù)白化。它的高度集成的架構允許最少的外部元件數(shù)量，同時保持設計的靈活性。所有主要的射頻通訊參數(shù)可編程，其中多數(shù)可動態(tài)設置。它符合歐洲(ETSI EN 300-220 V2.1.1)和北美(FCC part 15.247 and 15.249)標準。

　　本文介紹基于無線芯片SX1212的無線模塊設計，其具有傳輸距離相對遠，接收的靈敏度較高，工作功耗低等諸多優(yōu)點，所以它適用于無線水氣抄表、無線遙控系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡、無線溫度壓力數(shù)據(jù)采集、機器人控制等需要用電池長期工作的領域。

　　系統(tǒng)電路設計

　　系統(tǒng)主要由一個MCU和SX1212組成見圖一。MCU選用了ST公司的低功耗單片機STM8L101F3, SX1212與單片機通訊采用SPI接口，與外部終端通信采用UART接口。由于高度集成化SX1212外圍零件已經(jīng)很少，所以設計的關鍵是RF前端的匹配電路的設計。另外高頻部分的走線盡量的短粗，元器件參數(shù)要根據(jù)線路板的實際情況作出適當?shù)恼{(diào)節(jié)，以抵消分布參數(shù)的影響。一般的RF芯片發(fā)射與接收端口的阻抗并不是標準的50Ω阻抗，要達到最佳的接收效果必須將輸入阻抗通過外圍器件的補償使之與50Ω的天線匹配，電路如圖1所示。圖中Y2是聲表面濾波器，用于衰減規(guī)定頻帶以外的信號，L2，C3，C22是阻抗匹配網(wǎng)絡，L4,L5,壓控振蕩器電感，調(diào)整壓控振蕩電感，可以使模塊工作于不同的頻率，C7,R3,C8是鎖相環(huán)電路。

圖一 SX1212的系統(tǒng)電路設計

　　工作模式設計

　　典型的無線收發(fā)機編碼如下圖。

　　前導碼為“1010”交替碼，其作用是使目的接收機時鐘與發(fā)射機同步，正常模式下前導碼長度一般為32bit即可，如工作在省電模式時序下，前導碼還有喚醒接收機的功能，此時發(fā)射機必須發(fā)送較長的前導碼將省電模式下的接收機喚醒進入正常的工作狀態(tài)。如設置接收機1秒鐘喚醒一次，那么接收機每間隔1秒鐘喚醒一次搜索前導碼(tw)，持續(xù)長度一般為16bit。而發(fā)射機首先發(fā)射1秒以上的前導碼再發(fā)射后面得同步碼等，這意味著接收機在喚醒的周期，只要信道中發(fā)現(xiàn)前導碼，在正常情況下都能夠可成功檢測到并喚醒接收，示意圖見圖二。

　　這里我們設計了四種工作模式，見表一，這四種工作模式是利用MCU的SET_A和SET_B腳轉換的，四種模式均可以相互轉換。

　　表一:四種工作模式說明