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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。
图6 MC3363 功能框图
在实际应用中,从引脚1 和引脚28 输入的射频信号经片内射频晶体管放大后,再经第一混频器放大并变频为10.7 MHz 中频信号,该中频信号从引脚23 输出经外部滤波之后,输入至片内第二混频器(引脚21和引脚22) 进一步放大并变频为455 kHz 的低中频信号。该信号从引脚7 输出,经过外部带通滤波器输入至片内限幅放大器(引脚9 输入) 及检波电路。用普通的正交检波器恢复出调制信号。表头驱动电路检测限幅放大器中的限幅器,从而监控输入信号电平。表头驱动(引脚12) 处的电压决定载波检测输出的状态,该状态低电有效。芯片内有一静噪运算放大器,可用载波检测输出端(引脚13) 来触发,从而构成一个载波电平触发的静噪电路,在所需输入频率上,当射频输入电平低于某一预置电平值时,该电路被激活。发声触发的静噪电路中,作为有源噪声滤波器。这种用法不占用表头驱动端,此时该端可以用做信号强度检测。 6 结束语
本文所介绍的高频无线收发系统在现今的通信领域尤其是无线通信领域的应用非常广泛。所采用的芯片均是Motorola 公司无线通信产品,它们已广泛应用于无绳电话和其他调频通信设备中。该高频无线收发模块集成度高、性能稳定、应用灵活,可应用于小型寻呼系统,即在大型农场、医院、仓库或大公司中利用基站(无线发射机) 与小型寻呼机时,微型发射机发出报警信号,微型接收机收到后可提醒报警。本文所介绍的设计方案能够适应实际应用的需要,具有较广泛的应用前景。
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