無線通訊是當今世界發(fā)展最為迅速的一個領域，其應用已滲透到人們生活的各個方面。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。作為無線數(shù)字通信系統(tǒng)的核心，GJRF400配合相應的軟、硬件即可實現(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)和移動圖像監(jiān)測系統(tǒng)等方面的作用。本文詳細介紹了利用GJRF400實現(xiàn)數(shù)字通信的方法及應注意的問題。
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19200bps。
1.1 發(fā)射模塊
GJRF400 的發(fā)射模塊包含一個PLL（鎖相環(huán)）頻率合成器和一個功率放大器。其頻率合成器由VCO（壓控振蕩器）、晶振、預分頻器、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現(xiàn)。VCO是標準Colpitts振蕩器，其諧振器和變?nèi)萜饕嘤赏獠侩娐穪韺崿F(xiàn)。同時還可利用外部電路來控制選擇壓控振蕩器或晶振以實現(xiàn)FSK調(diào)制。GJRF400的頻率合成器內(nèi)有一個N倍頻器和一個M倍頻器。在低比特率的應用中（100bps左右）。FSK調(diào)制可利用這兩個倍頻器進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GJRF400 工作在接收模式時，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用，接收器以歸零碼方式工作。接收器含有一個低噪聲濾波器，此濾波器可驅(qū)動一個正交混合器對，并輸出兩路具有90度相位差的信號。每一路都含有一個可變增益放大器和一個無源低通二階RC濾波器。這個濾波器可以保護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 的編程是通過一個三位總線來實現(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?？刂菩盘枏腃lock和Load進入，可用串口方便地對其編程。GJRF400在編程時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
| 寄存器位 | 涵 義 |
| N1 | 分頻寄存器N1，12比特 |
| N0 | 分頻寄存器N0，12比特 |
| M1 | 分頻寄存器M1，12比特 |
| M0 | 分頻寄存器M0，12比特 |
| BypassLNA | 為1時繞過低噪聲放大器 |
| RxOutD | 為1時表示或Q信道的數(shù)據(jù)輸出在端口BxOutD上已被激活 |
| RxOutD-S | 為1時選擇I信道上的數(shù)據(jù)作輸出；為0時選擇Q信道上的數(shù)據(jù)作為輸出 |
| Fc0 | 設置RC濾波器截至頻率的位 |
| Fc1 | 設置RC濾波器截至頻率的信 |
| RecSel | 為0時校正器用以校正I信道反饋濾波器的輸出；為1時校正器用以校正I信道RC無源濾波器的輸出 |
| RxOut | 為0時反饋濾波器的輸出在IchOut和QchOut端口被激活；為1時RC無源濾波器的輸出在IchOut和QchOut端口被激活 |
| BiasS | 為1時表示I和Q信道的低通濾波器共用同一偏置電路Vb-lp1；為0時表示I和Q信道的低通濾波器使用不同的偏置電路Vb-lp1(I),Vb-lp2(Q) |
| GmBias | 為1時表示FSK頻率偏移大于35kHz；為0時表示FSK頻率偏移小于35kHz |
| Mod1 | Mod1=Mod0=0:為無調(diào)制；Mod0=1：為FSK調(diào)制，可通過切換分頻系數(shù)實現(xiàn) |
| Mod0 | Mod1=1,Mod0=0:應用于壓控振蕩器上FSK的調(diào)制；Mod1=1:應用于晶振上FSK的調(diào)制 |
| R-T | 0表示接收模式1表示發(fā)送模式 |
| Pd | 0表示上電；1表示斷電 |
利用壓控振蕩器或晶振實現(xiàn)FSK調(diào)制時，鎖相環(huán)用N0、M0寄存器分頻。當Mod1=0,Mod0=1時，可通過初換鎖相環(huán)中的分頻系數(shù)來實現(xiàn)調(diào)制。切換是由DataIXO來控制的。當DataIXO=0時，鎖相環(huán)用N0、M0作分頻系數(shù)。當DataIXO=1時，鎖相環(huán)用N1、M1作為頻系數(shù)。這樣就實現(xiàn)了低比特率的調(diào)制。
N和M可以用下式進行計算：
fc=fxco/M=fRF/16N
式中，fc為參考頻率
當fRF=434.18MHz，頻率偏移為±10kHz，fxco=10.00MHz時，利用晶振調(diào)制時的控制串如下：（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緩沖寄存器中，然后由Load口的脈沖觸發(fā)將其再讀到一個并行寄存器中。從而使電路進入一定的模式（發(fā)送或接收模式）。電路在新工作模式下進入穩(wěn)定狀態(tài)需要一定的時間（例如將頻率合成器鎖定到特定頻率所需的時間），此時下一個控制字將進入緩沖寄存器。在發(fā)送模式下，當下一個控制字被鎖定到緩沖寄存器中時，功率放大器被激活。芯片自動計數(shù)每一位控制字，當緩沖寄存器的59位被填滿時，計數(shù)器阻止后面的位進入緩沖寄存器，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Load脈沖到來。維持通電時，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的時序圖，圖中的1時刻表示控制字載入并行寄存器；2時刻表示新的控制字隨著時鐘信號的上升沿開始進入緩沖寄存器；3時刻表示在59個時鐘脈沖后，電路開始接受發(fā)送或休眠。這時DataIXO脫離Clock脈沖的控制。
3 建立工作過程的步驟及注意事項
GJRF400的建立工作過程如下：
（1）上電，發(fā)一個Load脈沖以設置內(nèi)部計數(shù)器。
（2）59位的控制字隨著59個時鐘脈沖進入緩沖寄存器。
（3）一個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59個控制字進入緩沖寄存器，然后電路開始按上一個控制字設置的狀態(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到穩(wěn)定值。
發(fā)送模式：在建立輸出功率達到穩(wěn)定值時，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：當需要改變頻率或改變工作模式時，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。
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