基于TH71101的FSK/ASK數(shù)字接收電路設(shè)計(jì)
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摘要：TH71101是一個(gè)單片射頻接收器芯片，工作在300～450MHz ISM頻段；片內(nèi)包含低噪聲放大器、雙混頻器、壓控振蕩器、PLL合成器、晶體振蕩器等電路，能接收模擬和數(shù)字FSK/FM/ASK信號(hào)。文中給出了TH71101的結(jié)構(gòu)、原理、特性及應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：無線接收 FSK ASK 頻率合成器 TH71101
1 概述
TH71101是雙超外差式結(jié)構(gòu)的無線電接收芯片，工作在300～450MHz ISM頻段，能與TH7107等芯片配套，實(shí)現(xiàn)ISM頻段無線模擬和數(shù)字信號(hào)傳輸；內(nèi)部包含一個(gè)低噪聲放大器、雙混頻器、壓控振蕩器、PLL合成器、晶體振蕩器等電路。能接收模擬和數(shù)字FSK/FM/ASK信號(hào)。FSK數(shù)據(jù)速率可達(dá)40kb/s，ASK數(shù)據(jù)速率達(dá)80kb/s，F(xiàn)M帶寬15kHz；靈敏度111dBm。電源電壓2.5～5.5V,工作電流8.2mA，待機(jī)電流<100nA。適用于ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻率范圍內(nèi)的各種應(yīng)用，如數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等。
2 芯片封裝與引腳功能
TH71101采用LQFP32封裝，各引腳功能如表1所列。
表1 TH71101引腳功能
| 引腳號(hào) | 符 號(hào) |
功 能 |
| 1 | VEE | 地 |
| 2 | GAIN-LNA | 低噪聲放大器（LNA）增益控制 |
| 3 | OUT-LNA | LNA輸出，連接到外接的LC調(diào)諧回路 |
| 4 | IN-MIX1 | 混頻器1（MIX1）輸入，單端阻抗約33Ω |
| 5 | VEE | 地 |
| 6 | IF1P | 中頻1（IF1）集電極開路輸出 |
| 7 | IF1N | 中頻1（IF1）集電極開路輸出 |
| 8 | VCC | 電源輸入 |
| 9 | OUT-MIX2 | 混頻器2（MIX2）輸出，輸出阻抗約330Ω |
| 10 | VEE | 地 |
| 11 | IFA | 中頻放大器（IFA）輸入，輸入阻抗約2.2kΩ |
| 12 | FBC1 | 連接外接的中頻放大器反饋電容 |
| 13 | FBC2 | 連接外接的中頻放大器反饋電容 |
| 14 | VCC | 電源輸入 |
| 15 | OUT-IFA | 中頻放大器輸出 |
| 16 | IN-DEM | 解調(diào)器（DEMOD）輸入 |
| 17 | VCC | 電源輸入 |
| 18 | OUT-OA | 運(yùn)算放大器（OA）輸出 |
| 19 | OAN | 運(yùn)算放大器（OA）負(fù)極輸入 |
| 20 | OAP | 運(yùn)算放大器（OA）正極輸入 |
| 21 | RSSI | RSSI輸出，輸出阻抗約36kΩ |
| 22 | VEE | 地 |
| 23 | OUTP | FSK/FM正輸出，輸出阻抗100300kΩ |
| 24 | OUTN | FSK/FM負(fù)輸出，輸出阻抗100300kΩ |
| 25 | VEE | 地 |
| 26 | RO | 基準(zhǔn)振蕩器輸入，外接晶體振蕩器和電容 |
| 27 | VCC | 電源輸入 |
| 28 | ENRX | 模式控制輸入 |
| 29 | LF | 充電泵輸出和壓控振蕩器1（VCO1）控制輸入 |
| 30 | VEE | 地 |
| 31 | IN-LNA | LNA輸入，單端阻抗約26Ω |
| 32 | VCC | 電源輸入 |
3 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理
TH71101內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。芯片內(nèi)包含低噪聲放大器（LNA）、兩級(jí)混頻器（MIX1、MIX2）、鎖相環(huán)合成器（PLL Synthesizer）、基準(zhǔn)晶體振蕩器（RO）、充電泵（CP）、中頻放大器（IFA）、相頻檢波器（PFD）等電路。
LNA是一個(gè)高靈敏度接收射頻信號(hào)的共發(fā)、共基放大器?；祛l器1（MIX1）將射頻信號(hào)下變頻到中頻1（IF1），混頻器2（MIX2）將中頻信號(hào)1下變頻到中斷信號(hào)2（IF2），中頻放大器（IFA）放大中頻信號(hào)2和限幅中頻信號(hào)并產(chǎn)生RSSI信號(hào)。相位重合解調(diào)器和混頻器3解調(diào)中頻信號(hào)。運(yùn)算放大器（OA）進(jìn)行數(shù)據(jù)限幅、濾波和ASK檢測。鎖相環(huán)合成器由壓控振蕩器（VCO1）、反饋式分頻器（DIV16和DIV2）、基準(zhǔn)晶體振蕩器（RO）、相頻檢波器（PFD）、充電泵（CP）等電路組成，產(chǎn)生第1級(jí)和第2級(jí)本振信號(hào)LO1和LO2。
圖2 FSK接收電路圖
使用TH71101接收器芯片可以組成不同的電路結(jié)構(gòu)，以滿足不同的需求。對于FSK/FM接收，在相位重合解調(diào)器中使用IF諧振回路。諧振回路可由陶瓷諧振器或者LC諧振回路組成。對于ASK結(jié)構(gòu)，RSSI信號(hào)饋送到ASK檢波器，ASK檢波器由OA組成。
圖3 ASK接收電路
TH71101采用兩級(jí)下變頻。MIX1和MIX2由芯片內(nèi)部的本振信號(hào)LO1和LO2驅(qū)動(dòng)，與射頻前端濾波器共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)高的鏡像抑制，如表2和表3所列。有效的射頻前端濾波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC濾波器，在LNA的輸出使用LC濾波器。
表2 基準(zhǔn)頻率fREF、本振頻率fL0、中頻fIF與FRF鏡像抑制關(guān)系
| 注入類型 | 低 端 | 高 端 |
| fREF | （fRF-fIF）/16 | fRF+fIF/16 |
| fLO | 16·fREF | 16·fREF |
| fIF | fRF-fLO | fLO-fRF |
| fRF image | fRF-2fIF | fRF+2fIF |
表3 在fIF=10.7MHz時(shí)，基準(zhǔn)頻率fREF、本振頻率fL0與fRF鏡像抑制的關(guān)系
| 參 數(shù) | fRF=315MHz | fRF=315MHz | fRF=433.6MHz | fRF=433.6MHz |
| 低 | 高 | 低 | 高 | |
| fREF/MHz | 19.01875 | 20.35625 | 26.43125 | 27.76875 |
| fLO/MHz | 304.3 | 325.7 | 422.9 | 444.3 |
| fRF image/MHz | 293.6 | 336.4 | 412.2 | 455.0 |
4 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)
基于TH71101的FSK和ASK應(yīng)用電路如圖2、3所示。TH71101與單片機(jī)的接口電路如圖4所示。
ENRX=“0”時(shí)，接收模塊進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，ENRX=“1”時(shí)，接收模塊進(jìn)入接收狀態(tài)。TH71101解調(diào)輸出數(shù)據(jù)經(jīng)RXD進(jìn)入單片機(jī)，數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)速率由用戶根據(jù)需要確定。應(yīng)注意的是：FSK數(shù)據(jù)速率不能超過40kb/s，ASK數(shù)據(jù)速率不能超過80kb/s。
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