很长一段时间内,高频电路的调试及其工作稳定度是困扰人们的一道难题。本文介绍一种采用高集成度收/发芯片及编/解码芯片构成的高频无线收发系统的模块化设计方案。该方案采用了最新的硬件编/解码电路实现了对载频信号的直接调制与解调,大大简化了用于产生FM 信号的控制逻辑,有效提高了收发系统的集成度。如今可以采用高标准、高品质的高频传输回路和编解码芯片,运用固定工作模式,使所有RF 和IF 均在电路中自动完成,无须人工调谐,使得使用高频收发电路就如同使用三极管一样简单。1 高频无线收发系统的组成
本文讨论的高频无线收发系统主要由四大模块构成,其组成框图如图1 示。
图1 组成框图
2 编码模块
编码模块采用Motorola 公司的高集成度芯片MC145026 。它的主要功能是将输入的9 路三态(低电平、高电平、高阻) 数据或二态(低电平、高电平) 数据进行编码,在接收到使能端信号(TE端) 为低电平有效后,以串行方式将数据发送出去,每一编码数据发送2遍以增加安全性。其功能框图如图2 示。
图2 MC145026 功能框图
编码芯片串行输出的三态数据由输入端A1～A5和A6/D6～A9/D9 引脚三态数据确定。发送时序从TE 引脚送入一个低电平开始。上电后,只要TE 端维持低电平,该芯片就可以连续发送数据。然后,发送时序在上电最初是没有数据输出的,因为这是无效的。时序图见图3 。
图3 时序图
每位被发送的三态数据由输入脉冲的编码确定。图3 中逻辑0 (低电平) 是用2 个连续的短脉冲表示的;逻辑1 (高电平) 用2 个连续的长脉冲表示;开路(即高阻状态) 用1 个长脉冲后面跟1 个短脉冲表示。长脉冲宽度约4 个振荡周期,短脉冲宽度约1 个振荡周期。芯片振荡周期由外接RS、CTS 和RTC 这3 个元件的参数RS、CTS、RTC 确定( 见表1 ) 。当TE 端为低电平,振荡器起振,发送时序也随即开始,这样输入9位数据被逐一选通,最后经DOUT 端作为调制信号串行输出到发射模块输入端。
3 解码模块
解码模块采用与编码模块对应的Motorola 公司的MC145027 芯片,它的工作过程与编码芯片相反,其功能框图如图4 所示。
图4 MC145027 功能框图
MC145027 芯片的工作原理是:在接收期间,解码模块对从接收模块接收到的串行数据输入编码(DIN端) 进行逐位检验。第1 遍发送的数据编码字的前5位三态数据被认为是地址码,若这一接收到的地址码与芯片本地地址码(A1～A5) 相吻合,则数据编码的另外4 位三态数据被片内保存,但不送至片内输出锁存器(即此时D6～D9 无输出) ;当第2 遍发送的数据编码字被接收到,地址位必须再次吻合,接收到的新数据还必须与前一次接收到的数据相吻合,这样2 次接收到的相同数据才能送到输出锁存器输出,并保持到下次新数据到来时,以置换前一个数据(即此时D6～D9端有输出) ,这就是所要得到的数据。同时,有效输出端VT 维持为高电平,直到错误信息被接收到或超过4 个数据周期(32 个振荡周期) 未有输入信号被接收到时。需要说明的是,尽管编码地址信息是三态的,但由于数据只用1 或0 表示,故高阻态数据解码后被认为是逻辑1 。另外,图4 中R1 与C1 、R2 和C2 是外接时间常数电路,其中R1C1 = 3.95 RTCCTS ,用来判定接收到的是宽脉冲还是窄脉冲(即判定编码状态) ;时间常数R2C2 = 77RTCCTS ,用来检测接收数据编码的结束端和发射过程结束端。
4 FM发射模块
FM 发射模块采用Motorola 公司的MC2833 芯片,它是单片集成的FM 发射器,内部集成有话筒放大器、压控振荡器(VCO) 和2 个备用晶体管。其功能框图如图5 所示。
图5 MC2833 功能框图
芯片的引脚15 与引脚16 之间有一个参考源射频振荡器,它是一个内偏置的考比兹电路;应用时可在引脚1 与引脚16 之间外接基音晶体构成晶振,也可接普通的LC 振荡器。振荡信号经内置缓冲器(同时作为三倍频产生射频载波) 从引脚14 输出。由于从引脚14 输出的射频信号功率小(约-30 dBmW) ,故可用2个片内集成的晶体管作为射频放大器,经两级放大以提高输出功率(可达10 dBmW) 。引脚3 即调制输入端,前面讨论的编码芯片产生的三态数据串行码就是从此引脚输入,作为调制信号直接调制振荡信号,形成FM 射频信号输出,经小天线向外辐射,构成无线发射。注意到该芯片还可以利用语音信号作为调制信号(接在引脚4 与引脚5 之间) ,说明该芯片可用于无线电通信设备中。
该芯片具有如下特点:电源电压范围宽,为2.8 V～9.0 V ;功耗电流小,典型值为ICC = 2.9 mA ;射频输出端输出功率为- 30 dBmW ,若用片内晶体管作为射频放大器,则输出功率可达10 dBmW;所需外围元件少。
5 FM接收模块
FM 接收模块同样采用Motorola 公司的MC3363 芯片。它是一个高集成度单片FM 窄带接收机(从射频放大器到音频前置放大器输出) 。其特点是:输入频带宽,使用内部本地振荡器时为200 MHz ,使用外部本地振荡器时为450 MHz ; 具有射频放大器晶体管; 是完整的双变频系统; .工作电压低, VCC = 2.0V～7.0 V ;功耗电流小, VCC = 3.0 V 时, ICC = 3.6 mA(典型值) ,不包括射频放大器晶体管;灵敏度高,使用内部射频放大器晶体管,信噪比为12 dB 时,输入典型值为0.3μV ;具有数据限幅比较器;接收信号强度指示器(RSSI) 动态范围为60 dB ;所需外围元件少。其功能框图如图6 所示。
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