TRF6900單片射頻收發(fā)器的原理及應(yīng)用
1 概述
TRF6900 是Texas Instruments公司推出的單片射頻收發(fā)器芯片，其內(nèi)部集成了完整的發(fā)射電路和接收電路。它的工作頻率范圍為850~950MHz，供電電壓范圍為 2.2~3.6V,射頻輸出功率高達(dá)+5bBm,而待機(jī)模式時(shí)的電流消耗僅在0.5μA~5μA之間，TRF-6900采用高吞吐率16-bit RISC結(jié)構(gòu)，其最快速率可達(dá)8MIPS。另外，這種收發(fā)器還具有FM/FSK調(diào)制模式并采用三線制串行接口，因而可很方便地與微控制器相連接，可用于 ISM頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)雙向無線傳輸。適應(yīng)于計(jì)算機(jī)遙測遙控系統(tǒng)、手持式電池供電的操作系統(tǒng)儀器儀表設(shè)備及安全防范系統(tǒng)等方面。
2 基本結(jié)構(gòu)和特性
TRF6900的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列如圖1所示。它采用48腳PQFP封裝形式，各引腳功能如表1所列。由圖1可知，TRF6900主要由發(fā)射電路和接收電路兩用人才部分組成。發(fā)射電路包含RF功率放大器、鎖相環(huán)、壓控振器、可編程的直接數(shù)字合成器和低功耗控制邏輯電路以及串行接口電路等。接收電路包括低噪聲放大器、射頻緩沖放大器、射頻混頻器、本機(jī)振蕩緩沖放大器、第一級中頻放大器、第二級中頻放大器限幅、FM/FSK解調(diào)器、低通濾波放大器/后檢波放大器、數(shù)據(jù)限制器和接收信號強(qiáng)度指明示器等電路。
在發(fā)射電路中，TRF6900利用3線單向串行總線（CLOCK、DATA、STRLBE）進(jìn)行編程。芯片內(nèi)微控制器中的24位移位寄存器中，若置 STRLBE置為高電平，則編程信息將被裝入所選的鎖存器以完成DDS模式、調(diào)制器以及PLL等的設(shè)置。當(dāng)發(fā)射的數(shù)據(jù)通過TX DATA端進(jìn)入DOS后，可由DOS將數(shù)字信號通過11位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器正弦波形成器等電路轉(zhuǎn)換成模擬信號?；鶞?zhǔn)振蕩器的輸入頻率fref為 15～`26MHZ，可編程的DOS分配器比率為0~4194303 bits，分辯率Δf=Nfref/224,FSK調(diào)制器寄存比率為 0～1020bits,分辨率△f=Nfref/222。芯片中的時(shí)鐘電路采用外接晶體振蕩器（25.6～26MHZ）來產(chǎn)生電路所需的基準(zhǔn)頻率。其本機(jī)震蕩采用鎖相環(huán)（PLL）方式，它由頻率合成器、外接無源回路濾波器和壓控震蕩器組成。壓控震蕩器的頻率范圍為 850～950MHZ。RF功率放大器的輸出功率高達(dá)+5bBm。
表1 TRF6900各引腳功能
| 引 腳 | 符 號 | 功 能 | 引 腳 | 符 號 | 功 能 |
| 1,3 | LNA-GND | 低噪聲放大器地 | 25 | STORBE | 串行接口選通脈沖 |
| 2 | LNA-IN | 低噪聲放大器地輸入 | 26 | CLOCK | 串行接口時(shí)鐘信號 |
| 4 | PA-VCC | 功率放大器電源 | 27 | DATA | 串行接口數(shù)據(jù)信號 |
| 5 | PA-OUT | 功率放大器輸出 | 28 | DATA OUT | 接收數(shù)據(jù)輸出 |
| 6 | PA-GND | 功率放大器地 | 29 | S&H-CAP | 數(shù)據(jù)限制外接電容 |
| 7 | PLL-GND | 鎖相環(huán)地 | 30 | AMP-OUT | 接收放大器輸出 |
| 8 | PD-SET | 充電泵電流設(shè)置端口 | 31 | AMP-CAP | 接收放大器電容 |
| 9 | PD-OUT2 | 充電泵輸出2 | 32 | AMP-IN | 接收放大器輸入 |
| 10 | PD-OUT1 | 充電泵輸出1 | 33 | RSSI-OUT | 接收信號強(qiáng)度指示器輸出 |
| 11 | LOCKDET | 同步檢測 | 34,35 | DEM-TANK | 解調(diào)器振蕩回路 |
| 12 | PLL-VCC | 鎖相環(huán)電源 | 36 | DEM-VCC | 解調(diào)器電源 |
| 13 | VCO-TANK1 | 壓控振蕩器振蕩回路1 | 37 | VREF | 解調(diào)器電壓基準(zhǔn) |
| 14 | VCO-TANK2 | 壓控振蕩器振蕩回路2 | 38 | DEM-GND | 解調(diào)器地 |
| 15 | DDS-GND | 直接數(shù)字合成器地 | 39 | IF2-IN | 中頻2輸入 |
| 16 | STDBY | 待機(jī)控制 | 40 | IF-GND | 中頻地 |
| 17 | MODE | 模式控制 | 41 | IF1-OUT | 中頻1輸出 |
| 18 | DDS-VCC | 直接數(shù)字合成器電源 | 42 | IF1-IN | 中頻1輸入 |
| 19 | TX-DATA | 發(fā)射數(shù)據(jù)輸入 | 43 | MIX-GND | 混頻器地 |
| 20 | DIG-VCC | 數(shù)字電路電源 | 44 | MIN-OUT | 混頻器輸出 |
| 21 | DIG-GND | 數(shù)字電路地 | 45 | MIX-VCC | 混頻器電源 |
| 22 | GND | 芯片地 | 46 | MIX-IN | 混頻器輸入 |
| 23 | XOSC1 | 基準(zhǔn)頻率振蕩器連接1 | 47 | LNA-OUT | 低噪聲放大器輸出 |
| 24 | XOSC2 | 基準(zhǔn)頻率振蕩器連接2 | 48 | LNA-VCC | 低噪聲放大器電源 |
在接收電路中，低噪音放大器具有13bB的增益和3.0 bB的噪音指數(shù)。接收電路有標(biāo)準(zhǔn)模式和遞增益模式兩種；為了在低RF輸入電平時(shí)得到最大的靈敏度，通常應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)模式，而在高RF輸入電平時(shí)則應(yīng)選擇低增益模式。混頻采用常規(guī)的雙重平衡式Gilbert-Cell混頻器結(jié)構(gòu)，其輸出阻抗（MIX-OUT端）為330Ω，并且允許一個330Ω的陶瓷濾直接連接到端點(diǎn)MIX-OUT。第一級中頻放大器具有大約7Bb的放大增益和330Ω的輸入輸出阻抗，每天二級中頻放大器和限幅器具有大約80Bb的放大增益和 330Ω的輸入阻抗，其中頻率范圍為10～21.4MHz限幅器的輸出連接到FM/FSK的調(diào)解器.當(dāng)頻率范圍為10MHZ～21.4MHZ時(shí),接收信號強(qiáng)度指示器的斜率應(yīng)為19Mv/dB。FM/FSK解調(diào)電路則用于完成對FM或FSK信號的解調(diào)。其解調(diào)器輸出帶寬為0.3MHZ(IF= 10.7MHZ),探測范圍為300KHZ。
3 應(yīng)用電路
TRF6900射頻收發(fā)器芯片典型應(yīng)用電路如圖2所示，圖3所示是TRF6900工作在902～928MHz頻段的實(shí)際應(yīng)用電路。
在圖2所示的TRF6900與MPS430微控制器的連接示意圖中，由于TRF690的輸入信號線與MPS430的可編程數(shù)字I/O端相連，因此可在 MPS430的控制下完成所指示的操作。而圖3則給出了TRF6900工作在902～928MHz頻段的實(shí)際應(yīng)用電路及元器件參數(shù)。
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