步態(tài)加速度信號(hào)的無(wú)線采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
RF收發(fā)部分的電路如圖2所示。C31為輸入匹配電容,L32為輸入匹配電感,同時(shí)L32還用于阻止直流偏置信號(hào)的輸入;C4l、C42和L41共同實(shí)現(xiàn)發(fā)射輸出電路的匹配。通過(guò)CCl010內(nèi)部的發(fā)射/接收開(kāi)關(guān)電路,收發(fā)器得以通過(guò)同一個(gè)50Ω的天線進(jìn)行發(fā)射/接收操作。Ll、C8和C9組成一個(gè)低通濾波器,濾除高頻諧波并且增加了頻率的選擇性,其阻抗為50Ω。元器件參數(shù)既可以按照CCl010datasheet上所給的值,也可利用Chipcon公司的SnaartRF Studio軟件得到。
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壓控振蕩器內(nèi)嵌在CCl0lO芯片內(nèi),使用時(shí)只需要外接一個(gè)電感L101。電感最好選擇線繞電感,根據(jù)所給參考值焊接上。然后用頻譜儀查看其頻率,根據(jù)其中心頻率是否滿足要求,適當(dāng)調(diào)整其參數(shù)。L101應(yīng)盡量靠近CCl0lO,并相對(duì)10和11兩個(gè)引腳呈對(duì)稱(chēng)布置,其封裝應(yīng)選擇0402或0603的小型封裝。
一般可選擇單鞭天線、螺旋天線或在PCB上的環(huán)形天線。單鞭天線的長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的l/4,可通過(guò)式L=7125/f計(jì)算。其中,L表示單鞭天線的長(zhǎng)度,f為發(fā)射/接收頻率。環(huán)形天線布在PCB上,使用非常方便;但由于其福射能力較差,所以接收/發(fā)射性能也稍差些。螺旋天線是單鞭天線和環(huán)形天線的一種折中方案,其尺寸大小和接收/發(fā)射能力介于兩者之間??筛鶕?jù)需要選擇合適的天線。一般來(lái)說(shuō)螺旋天線更加實(shí)用。
(2)CCl010與加速度傳感器的接口電路設(shè)計(jì)
本無(wú)線采集系統(tǒng)采用了Freescale公司最新推出的一款低成本、單芯片、三軸加速度傳感器MMA7260。該微型電容式加速傳感器融合了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù),并提供了4種加速度測(cè)量范圍,分別為1.5 g、2 g、4 g和6g。
在CCl010與MMA7260的接口中,首先要考慮噪聲問(wèn)題。因?yàn)镸MA7260內(nèi)部采用了開(kāi)關(guān)電容濾波器,有時(shí)鐘噪聲產(chǎn)生,所以需要在MMA7260的XOUT、YOUT和ZOUT三個(gè)輸出端分別接RC濾波器;其次要考慮電壓匹配問(wèn)題,由于X、Y、Z軸方向的電壓輸出是0.45~2.85,CC1010的ADC最大輸入范圍是0~VDD。此處VDD為3.3 V,其范圍恰好在ADC的輸入范圍之內(nèi),所以不用考慮額外的分壓電阻。CC1010與MMA7260的接口電路如圖3所示。R31/C31、R41/C41、R51/C51用于濾除MMA7260內(nèi)部采樣的開(kāi)關(guān)噪聲,GS1.GS2用于量程選擇。
(3)按鍵控制、LED指示與報(bào)警電路
本無(wú)線采集系統(tǒng)有3個(gè)按鍵S1、S2和S3。其中S1是系統(tǒng)復(fù)位鍵。S2是模式選擇鍵,可使采集系統(tǒng)處于自動(dòng)工作方式或手動(dòng)工作方式。采集系統(tǒng)若工作于自動(dòng)方式,采集與無(wú)線傳輸同步進(jìn)行;若工作于手動(dòng)方式,則先把加速度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中,等按下數(shù)據(jù)發(fā)送開(kāi)始按鍵后再啟動(dòng)無(wú)線發(fā)送。S3是數(shù)據(jù)采集開(kāi)始/停止鍵,用來(lái)控制數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始、停止以及手動(dòng)工作模式時(shí)采集完畢后的數(shù)據(jù)發(fā)送鍵。LED指示電路包含電源指示燈、發(fā)送信號(hào)指示燈和接收信號(hào)指示燈。報(bào)警電路由放大電路和蜂鳴器組成,當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成時(shí),蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警。
2.2 布局設(shè)計(jì)
良好的布局是布線成功的前提,布局時(shí)應(yīng)按左端輸入右端輸出的信號(hào)流方向放置元件,并且重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面:
?、偈紫仍赑rotel中的Keepoutlayer層畫(huà)出能承受的最大尺寸,讓布局始終做到心中有數(shù),不至于PCB板尺寸不合適;
?、诒?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/無(wú)線采集">無(wú)線采集系統(tǒng)的放置位置要求天線必須位于PCB板的右上角。射頻信號(hào)通路越短越好,所以RF電路也應(yīng)該布局在右上角。RF電路部分的器件應(yīng)該盡量緊湊,如L101應(yīng)盡量靠近CCl010,并相對(duì)于它的10和1l兩個(gè)引腳呈對(duì)稱(chēng)布置。對(duì)于RF_IN和RF_OUT應(yīng)該遵守緊湊、暢通、阻抗保持均勻不突變這三個(gè)原則。
?、勰M電路分區(qū)中最好沒(méi)有數(shù)字電路存在,否則模擬信號(hào)非常容易被數(shù)字噪聲干擾。
④晶振應(yīng)該盡量靠近CClOl0,并與其XOSC_Q1(18腳)和XOSC_Q2(19腳)成對(duì)稱(chēng)放置,晶振兩端的15pF電容盡量靠近晶振。
2.3 布線設(shè)計(jì)
布線是PCB設(shè)計(jì)的最后一步。為保證RF電路部分的良好性能,需全手工布線,并遵循以下規(guī)則:首先保證RF、晶振等關(guān)鍵電路的布線暢通,最好都在頂層布線;其次保證A/D部分的布線暢通;最后是按照一定順序布線。本設(shè)計(jì)是從右上腳按逆時(shí)針?lè)较虿季€的。
評(píng)論