基于TDA5255的射頻收發(fā)器設計

1 引言

近距離無線數(shù)據(jù)通信作為無線接入通信方式中的一種，可廣泛應用于遙控、報警、遙測等領域。采用射頻收發(fā)器件設計射頻收發(fā)器是一種重要的實現(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單片機設計一個射頻收發(fā)器，實現(xiàn)了信息傳輸。

2 TDA5255射頻收發(fā)器

2.1 主要特點

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、正負峰值檢波器、數(shù)據(jù)率檢測電路和總線接口，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100 kb／s?？捎糜诘蛿?shù)據(jù)速率通信系統(tǒng)、無線進入系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、家庭自動化系統(tǒng)等。

2.2 工作模式設置

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，可以通過相應的引腳Rx／Tx，ASK／FSK，PWD／DD進行控制。

除此之外，TDA5255可以通過BUSMODE引腳選擇I2C總線協(xié)議或3線總線協(xié)議。通過修改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D12=0時，工作模式為外部控制；當D12=1時，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)均可以通過修改其內(nèi)部寄存器的值來設置。包括分頻輸出時鐘頻率，F(xiàn)SK頻移值，RSSI信號門限等。

2.3 硬件電路設計

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

Rx／Tx引腳懸空或為高電平時，TDA5255處于發(fā)送狀態(tài)。此時，射頻信號從天線經(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。差動低噪放大器的另一個輸入信號可通過大電容交流耦合。此時差動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引腳接地或者通過編程可使器件處于接收狀態(tài)。此時，Rx／Tx引腳工作在漏極開路狀態(tài)，輸出邏輯低，對RF低阻。直流電流從VCC經(jīng)由L2，L3，D2，R9和D1到GND。因為R9高阻，C6，C4，C5的容值大。電路可簡化RF信號。此時低噪放大器RF接地，所以低噪放大器輸入無功耗。功率放大器匹配主要取決于C8，C28，L2，C29和L3。需要注意的是，在設計功放匹配時，C8是不可以修改的，因為其數(shù)值已經(jīng)由低噪放大輸入匹配確定。為準確計算外部電容，必須考慮焊盤上的電容，以及引腳和開關(guān)(C20，C22，C23)之間的寄生電容。

PWD／DD引腳用于設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，由單片機發(fā)送信號至射頻器件；接收模式時，如果能接收到信號，該引腳與發(fā)送端的波形相同，測試延時25μs。當接收不到信號時，該引腳輸出無規(guī)律的脈沖雜波。實際使用時，可以通過修改TDA5255的RSSI信號門限值去除雜波，讓DATA引腳在沒有接收到有效信息時保持低電平。

3 微控制器及軟件設計

3.1 XC866單片機簡介

微控制器選用英飛凌公司的XC866 8位單片機。XC866的設計基于與標準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(主機發(fā)送／從機接收)和MRST(主機接收／從機發(fā)送)相連。時鐘信號由MS_CLK(主機串行移位時鐘)輸出或從SS_CLK(從機串行移位時鐘)輸入，這兩條時鐘線通常與引腳SCLK相連。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收均有緩沖寄存器。在與TDA5255之間進行信息傳輸時使用半雙工通信方式，通過I2C總線協(xié)議設置TDA5255的內(nèi)部寄存器值。

微控制器完成TDA5255的工作模式設置，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機的串行通信。

3.2 軟件設計

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



4 結(jié)束語

設計的射頻收發(fā)器能短距離信息傳輸，并通過與PC機的連接發(fā)送PC機的任意信息，還可在上位機界面上顯示獲得的反饋信息。該系統(tǒng)應用于電動小車的控制器，控制效果良好。還可以作為模塊移植，應用于近距離遙控等方面。