單片射頻發(fā)射接收芯片GJRF400的應(yīng)用

無線通訊是當(dāng)今世界發(fā)展最為迅速的一個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用已滲透到人們生活的各個(gè)方面。Gran-Jansen公司的GJRF400芯片集成了數(shù)據(jù)流的發(fā)送和接收功能，并具有外圍控制電路簡單、控制方式靈活的特點(diǎn)。作為無線數(shù)字通信系統(tǒng)的核心，GJRF400配合相應(yīng)的軟、硬件即可實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)元程測試系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、身份識別系統(tǒng)和移動(dòng)圖像監(jiān)測系統(tǒng)等方面的作用。本文詳細(xì)介紹了利用GJRF400實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的方法及應(yīng)注意的問題。

1 GJRF400芯片介紹

GJRF400集成了調(diào)制解調(diào)發(fā)送接收射頻信號的功能，其核心工作頻率為433.92MHz，采用FSK（移頻鍵控）調(diào)制方式，最高碼率可達(dá)19200bps。

1.1 發(fā)射模塊

GJRF400 的發(fā)射模塊包含一個(gè)PLL（鎖相環(huán)）頻率合成器和一個(gè)功率放大器。其頻率合成器由VCO（壓控振蕩器）、晶振、預(yù)分頻器、可編程分頻器以及相位檢測器組成。其環(huán)路濾波器由芯片外圍電路實(shí)現(xiàn)。VCO是標(biāo)準(zhǔn)Colpitts振蕩器，其諧振器和變?nèi)萜饕嘤赏獠侩娐穪韺?shí)現(xiàn)。同時(shí)還可利用外部電路來控制選擇壓控振蕩器或晶振以實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制。GJRF400的頻率合成器內(nèi)有一個(gè)N倍頻器和一個(gè)M倍頻器。在低比特率的應(yīng)用中（100bps左右）。FSK調(diào)制可利用這兩個(gè)倍頻器進(jìn)行切換以改變倍頻系數(shù)。N、M寄存器的長度分別為12和10比特。在所有類型的FSK調(diào)制中，被調(diào)制數(shù)據(jù)由DataIXO端口輸入。

1.2 接收模塊

當(dāng)GJRF400 工作在接收模式時(shí)，鎖相環(huán)頻率合成器產(chǎn)生本地振蕩信號，決定振蕩頻率的N、M值分別存儲在N0、M0寄存器中。為了便于低功率低通濾波器在信道濾波中的應(yīng)用，接收器以歸零碼方式工作。接收器含有一個(gè)低噪聲濾波器，此濾波器可驅(qū)動(dòng)一個(gè)正交混合器對，并輸出兩路具有90度相位差的信號。每一路都含有一個(gè)可變增益放大器和一個(gè)無源低通二階RC濾波器。這個(gè)濾波器可以保護(hù)后級的反饋濾波器免受鄰近信道信號和限幅器的干擾。由反饋電容實(shí)現(xiàn)的五級橢圓低通濾波器構(gòu)成了主信道濾波器，其截至頻率可由外部電阻調(diào)節(jié)。解調(diào)器可對I信道和Q輸出進(jìn)行解調(diào)，以生成數(shù)字信號輸出。另外，解調(diào)器還鈄對I、Q信道的相食糖差進(jìn)行比較：若I落后于Q，則FSK頻率大于本地晶振頻率（解為‘1’）；若I先于Q，則表明FSK頻率小于本地晶振頻率（解為‘0’）。解調(diào)后的信號輸出到 DataIXO端口。

1.3 外圍電路

射頻輸入輸出的阻抗匹配和電源去耦必須由外部電路實(shí)現(xiàn)。其它必須的外部電路有VCO諧振器、變?nèi)萜?、晶振、反饋電容、FSK調(diào)制元件、環(huán)路濾波器、功率放大器和反饋濾波器的偏置電阻等。

2 通過串口對GJTF400編程

對GJRF400 的編程是通過一個(gè)三位總線來實(shí)現(xiàn)的，即DataIXO，Clock和Load。DataIXO是雙向數(shù)據(jù)流端口，發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)以及對電路編程均通過該端口。控制信號從Clock和Load進(jìn)入，可用串口方便地對其編程。GJRF400在編程時(shí)允許對分頻寄存器的上電控制。編程接口含有59位寄存器，最高位數(shù)據(jù)首先由DataIXO進(jìn)入，第一位是P1，最后一位是P59，表1列出了編程接口的寄存器位（即控制位串），表2是對各位涵義的描述。

表2 編程接口寄存器位的涵義

利用壓控振蕩器或晶振實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制時(shí)，鎖相環(huán)用N0、M0寄存器分頻。當(dāng)Mod1=0,Mod0=1時(shí)，可通過初換鎖相環(huán)中的分頻系數(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。切換是由DataIXO來控制的。當(dāng)DataIXO=0時(shí)，鎖相環(huán)用N0、M0作分頻系數(shù)。當(dāng)DataIXO=1時(shí)，鎖相環(huán)用N1、M1作為頻系數(shù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了低比特率的調(diào)制。

N和M可以用下式進(jìn)行計(jì)算：

fc=fxco/M=fRF/16N

式中，fc為參考頻率

當(dāng)fRF=434.18MHz，頻率偏移為±10kHz，fxco=10.00MHz時(shí)，利用晶振調(diào)制時(shí)的控制串如下：（最高位在左）：

發(fā)送：010100100111 010001000000 0111100110 0110010001 000010101010110

接送：010001110001 010001110001 0110100011 0110100011 000010101010100

59 位的控制字首先被讀到一個(gè)緩沖寄存器中，然后由Load口的脈沖觸發(fā)將其再讀到一個(gè)并行寄存器中。從而使電路進(jìn)入一定的模式（發(fā)送或接收模式）。電路在新工作模式下進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)需要一定的時(shí)間（例如將頻率合成器鎖定到特定頻率所需的時(shí)間），此時(shí)下一個(gè)控制字將進(jìn)入緩沖寄存器。在發(fā)送模式下，當(dāng)下一個(gè)控制字被鎖定到緩沖寄存器中時(shí)，功率放大器被激活。芯片自動(dòng)計(jì)數(shù)每一位控制字，當(dāng)緩沖寄存器的59位被填滿時(shí)，計(jì)數(shù)器阻止后面的位進(jìn)入緩沖寄存器，發(fā)送或接收數(shù)據(jù)正式開始。電路保持此狀態(tài)直到下一個(gè)Load脈沖到來。維持通電時(shí)，寄存器中的值不會丟失。如斷電后重新上電，則需要重置寄存器。

圖1是CLOCK、Load和DataIXO的時(shí)序圖，圖中的1時(shí)刻表示控制字載入并行寄存器；2時(shí)刻表示新的控制字隨著時(shí)鐘信號的上升沿開始進(jìn)入緩沖寄存器；3時(shí)刻表示在59個(gè)時(shí)鐘脈沖后，電路開始接受發(fā)送或休眠。這時(shí)DataIXO脫離Clock脈沖的控制。

3 建立工作過程的步驟及注意事項(xiàng)

GJRF400的建立工作過程如下：

（1）上電，發(fā)一個(gè)Load脈沖以設(shè)置內(nèi)部計(jì)數(shù)器。

（2）59位的控制字隨著59個(gè)時(shí)鐘脈沖進(jìn)入緩沖寄存器。

（3）一個(gè)Load脈沖將59位控制字從緩沖寄存器讀到控制寄存器，電路開始穩(wěn)定。

（4）下一個(gè)59個(gè)控制字進(jìn)入緩沖寄存器，然后電路開始按上一個(gè)控制字設(shè)置的狀態(tài)工作。

（5）接收模式：在分析DataIXO上數(shù)據(jù)之前要先待11ms(電路穩(wěn)定時(shí)間)。

（6）發(fā)送模式：等待1lms允許功率放大器建立參考電流，并再等4ms以使建立的輸出功率達(dá)到穩(wěn)定值。

發(fā)送模式：在建立輸出功率達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，需產(chǎn)生10101010的比特波以使控制環(huán)路的直流電平處于中心。

（8）發(fā)送模式：當(dāng)需要改變頻率或改變工作模式時(shí)，在發(fā)送Load脈沖之前先要斷掉功率放大器的參考電流并等待4ms。