基于TX5000RX5000 OOKASK 433.92 MHZ 的无线发射与接收系统设计

通信原理课程 设计题目： 基于TX5000/RX5000 OOK/ASK 433.92 MHZ 的无线发射与接收系统设计 专 业： 学生姓名: 学 号: 起迄日期: 指导教师: 教研室主任： 基于TX5000/RX5000 OOK/ASK 433.92MHZ无线发射与接收系统设计 摘要:TX5000和RX5000芯片是RF Micro Devices公司专为小范围单向无线通信设计生产的发射器芯片。它们体积小，功耗低，价格便宜，而且性能稳定，使用方便，并且芯片中集成了几乎所有的无线通信功能。TX5000和RX5000芯片所需外设很少，因而电路设计简单，是小范围无线控制以及数据通信的理想选择。所以，根据TX5000和RX5000的特点与功能，以这两种器件为核心可设计性能好且简单实用的无线收发电路。TX5000和RX5000有OOK、ASK、休眠模式。文中简要介绍TX5000和RX5000芯片的功能、引脚排列、内部结构及其典型的应用电路。 关键词：TX5000,RX5000，接收器，发射器，OOK调制，ASK调制 Abstract: TX5000 and RX5000 chips are productions of RF Micro Devices Corporation for a small area of one-way wireless communications design and production of the receiver and transmitter chips. Their small size, low power consumption, cheap and stable performance, ease of use and integrated chips in almost all the wireless communication functions. TX5000 and RX5000 chip peripherals required very little, thus circuit design simple, small-scale wireless data communications and control the ideal choice. Therefore, under the RX5000 and TX5000 features and functions to the core of these two devices can be designed for good performance and simple and practical wireless transceiver circuit. The TX5000/RX5000 includes provisions for both on-off keyed (OOK) and amplitude-shift keyed (ASK) modulation. Briefed chip features, with pin, and the internal structure of a typical application circuit of TX5000 and RX5000. Keywords: TX5000 RX5000 receivers transmitters OOK modulation ASK modulation 目录 1.TX5000/RX5000芯片简介------------------------------------------------------------------3 2.TX5000/RX5000芯片封装与引脚功能---------------------------------------------------3 2.1 TX5000/RX5000芯片封装----------------------------------------------------------------------------3 2.2 TX5000芯片的引脚功能-------------------------------------------------------------------------------5 2.3 RX5000芯片的引脚功能------------------------------------------------------------------------------6 3 芯片的内部结构与工作原理---------------------------------------------------------------9 3.1 TX5000芯片内部结构及工作原理-------------------------------------------------------------------9 3.1.1天线端口-----------------------------------------------------------------------------------------------9 3.1.2发射器电路-------------------------------------------------------------------------------------------10 3.1.3发射芯片模式控制----------------------------------------------------------------------------------10 3.1.4 接通定时---------------------------------------------------------------------------------------------10 3.1.5 休眠和启动时间------------------------------------------------------------------------------------10 3.2 RX5000芯片内部结构及工作原理-----------------------------------------------------------------10 3.2.1天线端口---------------------------------------------------------------------------------------------10 3.2.2接收器电路------------------------------------------------------------------------------------------11 3.2.3数据限幅---------------------------------------------------------------------------------------------12 3.2.4 AGC控制--------------------------------------------------------------------------------------------12 3.2.5 接收器脉冲发生器和RF放大偏置------------------------------------------------------------12 3.2.6 接收器模式控制-----------------------------------------------------------------------------------13 3.2.7 接收器项目定时----------------------------------------------------------------------------------13 3.2.8 接通定时-------------------------------------------------------------------------------------------13 3.2.9 休眠和启动定时---------------------------------------------------------------------------------14 3.2.10 AGC功能控制定时--------------------------------------------------------------------------14 3.2.11 峰值检测定时----------------------------------------------------------------------------------14 3.2.12 脉冲发生器定时-------------------------------------------------------------------------------14 3.2.13 LPF群时延--------------------------------------------------------------------------------------14 4 应用电路设计----------------------------------------------------------------------------------------14 4.1 TX5000芯片的电路设计--------------------------------------------------------------------------15 4.2 RX5000芯片的电路设计-------------------------------------------------------------------------17 5 结论-----------------------------------------------------------------------------------------------------22 1 TX5000/RX5000 芯片简介 TX系列和RX系列无线收发芯片是RF Micro Devices Corporation公司专门为小范围单向无线通信设计的集成电路。该系列芯片具有体积小，功耗低，价格便宜等优点，而且性能稳定，容易使用。芯片中集成了几乎所有的无线通信功能。由于所需外设很少，因而电路设计简单，是小范围无线控制以及数据通信的理想选择。本文介绍的RX5000、TX5000就是一组配套使用的无线收发芯片，以它们为核心进行电路设计可以实现完整的无线通信系统。当然，两个器件也可以单独使用，可设计构成独立的无线接收器和发射器。 RX5000接收器和TX5000发射器芯片的工作频率均为433.72MHz~434.12MHZ之间,采用OOK/ASK两种调制方式，OOK传输速率可达10kbps,ASK传输速率可达115.2kbps。工作电压为2.2~3.7V,工作温度范围为-40~+85℃。 2 TX5000/RX5000芯片封装与引脚功能 2. 1 TX5000/RX5000芯片封装 TX5000/RX5000均为SM-20L封装，封装图如图1和图2. SM-20L Package Drawing 图1 SM-20L封装形式及其资料 图2 SM-20L PCB 2.2 TX5000芯片的引脚功能 TX5000芯片的引脚排列如图3所示。 图3 TX5000芯片的引脚排列 TX5000引脚功能描述如下： 引脚1 GND1/引脚10 GND2/引脚19 GND3：射频接地端/集成接地端/集成接地端。GND2和GND3应采用低阻抗导线与GND1相连。 引脚2 VCC1：输出放大器和基带电路电源。通过一个RF去耦磁环与电源相连，其中去耦磁环接一个RF电容旁路。 引脚16 VCC2：发射机振荡器电源电压输入引脚，16引脚外接一个射频旁路电容和一个1至 10 A的旁路电容。 引脚3、4、5、6、7、9、11、12、13、14、15 NC:无关联，印刷电路板垫可接地或悬空。 引脚8 TXMOD:发送数据输入端。输出电压峰值用一串联电阻调节，其中电阻误差范围应在 5%以内。最大饱和输出功率需250 A输入电流。在ASK模式，当此管脚的调制输入电流小于10 A时，有最小输出功率。在OOK模式，当振荡器停振时，输入信号小于220mV。在3V电源电压下，输出功率峰值PO约为：PO=16*(ITXM)2 。在ASK模式时，该引脚是模拟调制（有形或不定形的数据脉冲）。在实际应用中，ASK调制脉冲宽度为8.7 s或更宽。在OOK模式时，该引脚通常是一个逻辑层次的数据输入（不定形数据脉冲）。在实际应用中，对于200 s或更宽的脉冲使用的是OOK调制。在休眠模式，此管脚驱动电阻必须很低。 引脚17 CNTRL1/引脚18 CNTRL0：芯片工作模式选择端。当CNTRL1为高电平而CNTRL0为低电平时，为ASK模式；当CNTRL1为低电平而CNTRL0为高电平时，为OOK模式；CNTRL1 与CNTRL0均为低电平时，为休眠模式。CNTRL1为高阻态输入（与CMOS兼容）。逻辑低电平为0到300mV，逻辑高电平为VCC-300mV或更高，但不应超过VCC+200mV。逻辑高电平需40 A的电流，逻辑低电平则需25 A（休眠模式为1uA）的电流。应当注意，这两脚必须维持在逻辑电平上，不能悬空。 引脚20 RFIO:发射器射频输出引脚。此引脚直接与SAW滤波器的传感器相连。天线阻抗在35到272欧姆之间，用一系列匹配线圈和一个分流匹配/ESD保护线圈可以很好的与此引脚匹配。对于某些阻抗来说天线则可能需要2至3个元件进行匹配，例如使用两个电感和一个电容。为了ESD保护，RFIO引脚端必需有一个DC通道到地。 2.3 RX5000芯片的引脚功能 RX5000芯片的引脚排列如图4所示。 图4 RX5000芯片的引脚排列 RX5000芯片引脚功能描述如下： 引脚1 GND1/引脚10 GND2/引脚19 GND3:射频接地端/集成接地端/集成接地端。GND2和GND3应采用低阻抗导线与GND1相连。 引脚2 VCC1：接收器基带电路电源正端。 通过一个RF去耦磁环与电源相连，其中去耦磁环接一个RF电容旁路。 引脚16 VCC2：发射机振荡器电源电压输入引脚，16引脚外接一个射频旁路电容和一个1至 10 A的旁路电容。 引脚3 AGCCAP: 自动增益控制端，该引脚与地之间所接得电容可设定保持AGC（自动增益控制）的最小时间。该保持时间的设定可避免AGC发生颤动。对于给定的保存时间 ,接地电容 的值可按下式计算： =19.1* （ 单位为pF， 单位为s） 此处使用误差在范围内的陶瓷电容器。 值可以使抑制时间控制在 到2.65 之间，它取决于工作电压和温度等因素。AGC抑制时间会远大于峰值检波器时间，这将会在下面讨论。但是AGC的抑制时间不应太长，否则AGC遇到噪声或干扰信号时接收芯片回到最高灵敏度会很慢。当用至少30 s的数据脉冲进行OOK调制时，AGC的使用具有选择性。AGC的工作可由连接至VCC而停止。激活或停止AGC工作至少需要30 s数据脉冲的ASK调制。如用一个150k 接地电阻取代此电容，AGC将停止工作。AGC工作需峰值滤波器作用，这将在下面讨论。在睡眠模式时，峰值滤波器电容会进行放电。 引脚4 PKDET: 峰值检测控制端，该引脚与地之间所接的电容可设定峰值检测器衰减倍数，使其衰减率固定在1：1000。在大多数应用中，这些时间常量应与基带时间常量一致。对于给定的基带电容 来说，接地电容 的值可按下式计算： =0.33* 时间常量应随电源电压、温度等因素的变化而在 到1.5 之间变化。此电容通过200 的阻抗充电，通过200k 的负载放电。峰值检波器驱动数值峰值限幅器和AGC释放功能。所以，AGC的抑制时间在AGC电容作用下可以大于峰值滤波器的衰减时间。如果在低数据速率和OOK调制，就可以选择是数据峰值限幅器和AGC。这样PKDET和THLD2可以不连接，AGC脚可以接至VCC端以减少外部元件的数量。峰值滤波器电容在睡眠模式是放电的。 引脚5 BBOUT: 基带输出端，该引脚通过一电 容与CMPIN相连可驱动内部数据限幅器。 引脚6 CMPIN: 内部数据限幅器输入端，它通过一个耦合电容由BBOUT输出信号驱动，输入阻抗为70k 到100k 。 引脚7 RXDATA: 接收器数据输出端，可以驱动一个10 pF电容和一个500 k 电阻的并联负载。此引脚端峰值电流随低通滤波器截止频率增加而增加。在休眠模式时，该引脚被置于高阻态。如果需要，此引脚为高阻态时，可用一个1000k 的上拉电阻或下拉电阻确定逻辑电平。如果使用上拉电阻，将连接的电源正端，电压应不高于VCC+200mV。在休眠模式时，该引脚被置于高阻态。 引脚8 NC:此引脚悬空或接地。 引脚9 LPFADJ: 低通滤波器带宽调整端,其带宽可由该引脚的接地电阻 来设置，它们之间具有如下关系式： =1445/ 。 的阻值范围为330k 到 QUOTE 820之间 QUOTE ，滤波器3dB带宽为4.5kHZ到1.8MHZ。RXDATA输出的电流峰值随滤波器带宽成比例增加。 引脚11 RREF: 外接参考电阻端，此引脚与地之间用100k 电阻相连，阻值误差为 。为维持电流源的稳定，使地、VCC与此节点间的总电容低于5pF是很重要的。如果THLD1或THLD2通过一阻值小于1.5k 的电阻与RREF相连，此节点的电容加上RREF节点电容不应大于5pF。 引脚12 THLD2：数据限幅器（DS2）阈值设置端, 该引脚一般通过一电阻 与RREF相连，阻值范围为0到200k 。在峰值检波器电压为0到120mV时，电阻值增加，阙值减小。在大多数情况下，阙值应设置在低于峰值6dB处或RF放大器占空比为50%时低于60mV。其中 =1.67*V。且此引脚悬空将使峰值限幅器不工作。 引脚13 THLD1：数据限幅器（DS1）阈值设置端，该引脚一般通过一电阻 与RREF相连,阙值随电阻值的增加而增加，若直接将此管脚接至RREF端，则阈值为0。如果THLD2未被使用，阻值为0到100k ，THLD1的电压范围为0到120mV，且 =1.11*V。如果THLD2正在使用，阻值为0到200k ，THLD1的电压范围为0到90mV，且 =2.22*V。 注意DS1的非0阈值需要AGC工作。 引脚14 PRATE：脉冲占空比调节端。电阻 应接地。 引脚 15 PWIDTH: 脉冲宽度调节端。 引脚17 CNTRL1/引脚18 CNTRL2：芯片工作模式选择端。当CNTRL1与 CNTRL0均为高电平时，选择接收模式；当CNTRL1与CNTRL0均为低电平时，选择休眠模式。CNTRL1为高阻态输入（与CMOS兼容）。逻辑低电平为0到300mV，逻辑高电平为VCC-300mV或更高，但不应超过VCC+200mV。逻辑高电平需40 A的电流，逻辑低电平则需25 A（休眠模式为1 A）的电流。应当注意，这两脚必须维持在逻辑电平上，不能悬空。 引脚20 RFIO：接收器无线信号输入端，此引脚直接与SAW滤波器的传感器相连。天线阻抗在35到272欧姆之间，用一系列匹配线圈和一个分流匹配/ESD保护线圈可以很好的与此引脚匹配，对于某些阻抗来说天线则可能需要2至3个元件进行匹配，例如使用两个电感和一个电容。为了ESD保护，RFIO引脚端必需有一个DC通道到地。 3 芯片的内部结构与工作原理 3.1 TX5000芯片内部结构及工作原理 TX5000芯片的内部结构如图5所示。 图5 TX5000芯片内部结构方框图 芯片内部包含：SAW谐振器、SAW滤波器、RF放大器、调制与偏置控制等电路。RF输出端RFIO阻抗匹配为35 到72，外接一个串联匹配线圈和一个并联的ESD保护线圈。SAW谐振器和发射放大器1（TXA1）组成组成振荡器，要发射的数字信号经TXMOD端输入，调制后由发射放大器（TXA2）放大，经SAW滤波器滤波后输出。 3.1.1天线端口 天线这个外部RF部件对于发射芯片是必要的，阻抗的范围为35至72欧姆，用一系列匹配线圈和一个分流匹配/ESD保护线圈可以很好的与此引脚匹配，对于某些阻抗来说天线则可能需要2至3个元件进行匹配，例如使用两个电感和一个电容。为了ESD保护，RFIO引脚端必需有一个DC通道到地。 3.1.2 发射器电路 主要由一个SAW耦合谐振振荡器和一个缓冲调制放大器构成。SAW耦合谐振器的输出滤波器抑制谐波的发射机天线。发射芯片操作支持两种调制模式，即OOK和ASK模式。在OOK模式时，输入为1时，发射器不发送任何数据；在ASK模式时，输入为1时示发射功率较高，输入为0时表示发射功率较低。OOK调制与第一代ASH相比，OOK调制能提供很好的兼容性，同时而且还能提供电力保护。ASK调制必须用于高速数据（数据脉冲小于200 ）。ASK调制也会减少某些类型干扰的影响，并允许许传送脉冲以形成控制调制带宽。调制模式的选择由CNTRL0和CNTRL1两个引脚的状态确定。在OOK模式下，TXMOD输入电压小于220mV时，振荡放大器TXA1和缓冲放大器TXA2截止。在AAK模式下，TXA1连续输出，TXA2输出受TXMOD输入电流调制。当调制驱动电路得到TXMOD的输出电流小于10 时，ASK模式有最小输出功率。 发射芯片RF放大器的输出功率是与TXMOD的输入电流成正比例的，其中用一个串联电阻调节芯片输入功率的峰值，产生最大饱和输出功率需要250 输入电流。 3.1.3 发射芯片模式控制 发射芯片有三种工作模式，即ASK模式、OOK模式和休眠模式，它们由调制和偏置控制电路的CNTRL0和CNTRL1端控制。当CNTRL1为高电平而CNTRL0为低电平时，为ASK模式；当CNTRL1为低电平而CNTRL0为高电平时，为OOK模式；CNTRL1 与CNTRL0均为低电平时，为休眠模式。（休眠模式下TXMOD须置0，以减小休眠电流。）CNTRL1与CNTRL0输入与CMOS兼容，输入端必须维持在一个逻辑电平，不能悬空。 3.1.4 接通定时 在OOK或ASK调制模式下，在电源到达2.2V后最迟5ms内开启定时。开始时间到发射器工作间隔时间10ms内补给电压上升时间为15ms. 3.1.5 休眠和启动时间 从任意调制模式转变为休眠模式需要的最长时间为在CNTRL1和CNTRL0都为低电平后15 。从休眠模式转变为OOK或ASK调制模式则需要最长21 .转换所需时间主要取决于发射器输出特性-发射器启动时引起的振动。 3.2 RX5000芯片内部结构及工作原理 RX5000芯片的内部结构如图6所示。 3.2.1 天线端口 天线及其匹配元件是接收器需要的唯一一件外部元件，，阻抗的范围为35至72欧姆，用一系列匹配线圈和一个分流匹配/ESD保护线圈可以很好的与此引脚匹配，对于某些阻抗来说天线则可能需要2至3个元件进行匹配。有些阻抗要求用两个电感和一个电容。为了ESD保护，RFIO引脚端必需有一个DC通道到地。 3.2.2 接收器电路 RFA1包括AGC溢出设定和增益选择，AGC溢出设定是AGC控制输入，增益选择（在增益35到5dB之间转换）是AGC控制的输出。RFA1（和RFA2）的通断控制由脉冲发生器和射频安培偏置函数产生。RFA1的输出驱动SAW延迟线。 图6 RX5000芯片内部结构方框图 第二级放大器RFA2在为饱和时提供的增益为51dB。RFA2的输出驱动一个带有19dB 阙值增益的全波检波器。RFA2的每一部分在饱和启动都可以检测和用对数来计算相对值，其结果加到全波检波器的输出端来将整个检波器低电平信号的平方相应转换成高电平信号 的对数响应，这种结合有极好的阈值灵敏度且使检波器有大于70dB的动态范围。在这种结合方式中，如果RFA1的AGC有30dB的增益，那么接收芯片将获得超过100dB的动态范围。 检测器的输出驱动反馈滤波器。滤波器提供了一个三极的具有良好的群时延平坦度和最小脉冲振铃的低通响应。滤波器的3 带宽可以通过一个外部电阻从4.5 到1.8 设置。 滤波器的输出信号由基带放大器放大后送到BBOUT端。当RF放大器工作在占空比为50%时，BBOUT信号变化约为10mV/dB，峰值电压超过685mV。在较低的占空比，信号变化斜率和峰值电压是按比例减小的。被检测信号加在一个能随电源电压、温度等参量改变的1.1V电平上。BBOUT的输出信号通过一个串联电容与CMPIN端或外接的数据处理器（DSP等）相耦合，电容的值决定于数据速率和数据运行周期等因素。 当一个外部处理器用于AGC时，BBOUT必须用分离的串联电容与外部数据处理器（DSP等）相耦合。AGC的复位功能是由CMPIN信号驱动的。当接收器在低功耗（休眠）模式时，BBOUT的输出阻抗会非常高，这个特征可以保护耦合电容因最小化数据限幅器稳定时间而带来的损耗。 3.2.3 数据限幅 CMPIN端的输入信号驱动两个数据限幅器，而数据限幅器的作用是将从BBOUT端来的模拟信号转换为数据流，最好的数据限幅器选择有系统工作参数决定。数据限幅器DS1是一个电容耦合、阈值可调的比较器，它在低信噪比时提供最好的性能。比较器的限制电平为0~90mV，由在PFEF和THLD1端之间的电阻设置。在无信号时，阈值允许用接收芯片的灵敏度和输出噪声密度来换取，阈值越低，灵敏度越高。信号为0时，噪声仍是连续输出的。 一旦信号电平升高，数据限幅器DS2工作。DS2是一个限幅器，峰值检波器能迅速改变每个数据脉冲的峰值，并且能使其以1：1000的速率衰减。DS2的触发点能被在PREF和THLD2端之间的电阻设置在0~120mV，当RFA1和RFA2都工作在50%的占空比时，通常设置为60mV，等效为6dB峰值。根据数据脉冲的滤波器宽度的变化，低于6dB峰值的限制点将减小信号的幅度，DS2还允许使用低于3dB带宽的滤波器来提高灵敏度。 DS2在尖脉冲以最小化信号带宽进行ASK调制时时最好的。但是，DS2被大噪声脉冲暂时“置盲”，这可能导致突发的数据错误。DS2工作时DS1也是激活的，DS1和DS2的输出端是通过与门在RXDATA端连在一起。THLD2悬空时DS2是失效的，DS1阈值非0时则需要AGC正常工作。 3.2.4 AGC控制 峰值检测器输出通过AGC比较器为AGC控制功能提供复位信号。其目的就是扩大接收器的接收动态范围，以便使接收器在ASK调制或更高数据传输速率调制下与发射器输出信号保持一致。RFA1输出级的饱和启动被检测后产生控制电路的AGC置位信号，AGC控制电路控制RFA1的增益为5dB。当峰值检波器输出（乘以0.8）下降到DS1的阈值电压时，AGC比较器将产生一个复位信号。 信号在低通滤波器传递和峰值检波器放电所耗的时间是为了避免AGC发生“颤动”，且AGCCAP端接入了一个电容。AGC电容也允许抑制时间比峰值检波器衰减时间设置地更长以防止接收的数据流全为“0”时引起的“颤动”。AGC工作需要峰值检波器工作，即使DS2未工作，将AGCCAP端接VCC端可使AGCCAP中止工作。一旦AGCCAP与地之间用一个150 电阻代替电容，AGC将会被锁定在接通状态。 3.2.5 接收器脉冲发生器和RF放大偏置 接收芯片的放大时序操作是由脉冲发生器和RF放大器偏置电路控制，在运行中由PRATE和PWIDTH输入端和来自偏置控制电路的待机（睡眠）控制信号控制。 在低数据速率模式，从一个RFA1接通脉冲下降沿到下一个RFA1接通脉冲上升沿的时间 ， 是由一个位于PRATE端和地之间的电阻设置，这个时间能够在0.1~ QUOTE 5之间进行调节。在高数据速率模式（由PWIDTH端选择），实际上RF放大器工作室占空比为50%，这样RFA1接通脉冲周期 由PRATE外接电阻控制在0.1~ QUOTE 1.1的范围。 在低数据速率模式，PWIDTH端通过一个接地电阻设置RFA1的接通脉冲宽度 （在低数据速率模式RFA2的接通脉冲宽度设置为 ），接通脉冲宽度可以在0.55~1 之间调节。但是当PWIDTH端由一个1M 3.2.6 接收器模式控制 接收芯片有两种工作模式：接收模式和低功耗（休眠）模式，由偏置电路控制，由CNTRL1和CNTRL0引脚选择。CNTRL1和CNTRL0均设置为高电平时为接收模式。CNTRL1和CNTRL0均设置为低电平时为低功耗（休眠）模式。CNTRL1和CNTRL0输入与CMOS兼容输入端必须维持在一个逻辑电平，不能悬空。 3.2.7 接收器项目定时 了接收机事件定时表1，请参阅表1。 3.2.8 接通定时 接收器接通所需最大定时时间 由两个因素决定。所有接收器电路均在输入电压到达2.2V后最迟5ms内开启定时，BBOUT和CMPIN引脚之间的耦合电容稳定时间为3* ,所以，对于一个10 电源供应电路来说，总接通定时时间为： =15ms+3* 3.2.9 休眠和启动定时 接收器由接收模式变为休眠模式在CNTRL1和CNTRL0均为低电平后最迟10 ，由休眠模式变为接收模式需3 ， 是BBOUT和CMPIN引脚之间的耦合电容时间常数。当操作温度限定为60 时,开关从休眠到接收所需时间明显短于休眠时间,不泄漏远离耦合电容器。 3.2.10 AGC功能控制定时 AGC功能控制开启需要时间 的最大值为输入RF信号后5 。AGC最小保持时间由AGCCAP引脚内部电路中的电容值大小决定，保持时间为： 3.2.11 峰值检测定时 峰值检测器处理时间常数由PKDET内部电路中的电容值确定，处理时间为： 。 峰值检测器衰减时间常数为： 3.2.12 脉冲发生器定时 在低数据速率模式下，RF放大器输入信号的下降沿和下一上升沿之间的延迟 由PRATE与地之间的接地电阻 大小决定。延迟时间在0.1-5 之间。 的大小为： 在高数据速率模式下，接收器射频放大器在50％占空比下工作。RF放大器输入信号周期 由PRATE与地之间的接地电阻 大小决定。范围在0.1-1.1 之间。 的大小为： 在低数据速率模式下，PWIDTH引脚端通过接地电阻器 设置第一射频放大器脉冲宽度 ， 的值为： =404* -18.6 3.2.13 LPF群时延 低通滤波器群时延是一个3 带宽过滤器滤波功能。带宽由LPFADJ引脚的接地电阻 确定。最小3 带宽: 最大群时延为： 4 应用电路设计 TX5000发射器芯片和RX5000接收器芯片的工作频率均为433.92MHz，工作电压为2.2到3.7V，工作温度范围为-40~+85 ，它们支持高达115.2kbps的数据传输率。RX5000和TX5000均提供有休眠模式(Sleep Mode)，这使其在没有数据通信的时候可以降低芯片的功耗。TX5000有on-off keyed (OOK)和amplitude-shift keyed (ASK)。在OOK工作模式中，信号输出端以通断脉冲来表示信号“1”和“0”；而在ASK工作模式中，输出信号则分别以高、低电平来表示信号“1”和“0”；休眠模式的信号端通常被置于高阻状态。OOK模式的功耗较低，但数据传输率也低(10kbps)； ASK模式的功耗较高，但数据传输率也较高(115.2kbps)。由于在ASK模式时，信号可调幅，因此抗干扰能力也较强，所以大多数应用都采取ASK模式。工作模式的选择可通过CNTRL0和CNTRL1引脚来设置。下面分别介绍TX5000和RX5000在OOK和ASK模式下的应用电路。 4.1 TX5000芯片的电路设计 TX5000发射器芯片的设置如表2所示，用Altium Designer 画图软件绘制其在OOK和ASK模式下的应用电路原理图及其PCB图如图7至图10所示。 表2 发射器设置，3.0V，-40~85 类别 符号 OOK ASK ASK 单位 注释 NRZ数据率 DR_NOM 2.4 19.2 115.2 kbps 最小信号脉冲 SP_MIN 416.67 52.8 8.68 us single bit 最大信号脉冲 SP_MAX 1666.68 208.32 34.72 us 4 bit of same value TXMOD 电阻 R_TXM 8.2 8.2 8.2 k ±5% DC旁路电容 C_DCB 4.7 4.7 4.7 uf 钽电容 RF旁路电容1 C_RFB1 27 27 27 pf ±5% RF旁路电容2 C_RFB2 100 100 100 pf ±5% 调谐系列电感 L_AT 56 56 56 nh 50ohm天线 分流/ESD电感 L_ESD 220 220 220 nh 50ohm天线 图7 TX5000芯片在OOK模式下的电路原理图 图8 TX5000芯片OOK模式下应用电路的PCB图 图9 TX5000芯片在ASK模式下的电路原理图 图10 TX5000芯片ASK模式下的PCB图 4.2 RX5000芯片的电路设计 图11 RX5000芯片在OOK模式下的应用电路原理图 RX5000接收器芯片的设置如表3所示，用Altium Designer 画图软件绘制其在OOK和ASK模式下的应用电路原理图及其PCB图如图11至图14所示。 表3接收器设置，3.0V，-40~85 符号 OOK OOK ASK 单位 注释 NRZ数据率 DR_NOM 2.4 19.2 115.2 kbps 最小信号脉冲 SP_MIN 416.67 52.8 8.68 us single bit 最大信号脉冲SP_MAX SP_MAX 1666.68 208.32 34.72 us 4 bit of same value TXMOD 电阻 R_TXM 8.2 8.2 8.2 k ±5% DC旁路电容 C_DCB 4.7 4.7 4.7 uf 钽电容 RF旁路电容1 C_RFB1 100 100 100 pf ±5% AGCCAP电容 C_AGC ˉ ˉ 2200 pf ±10%陶瓷 PKDET电容 C_PKD ˉ ˉ 0.001 uf ±10%陶瓷 BBOUT电容 C_BBO 0.1 0.015 0.0027 uf ±10%陶瓷 BBOUT电阻 R_BBO 12 0 0 K ±5% LPFAUX电容 C_LPF 0.0047 ˉ ˉ uf ±5% lPFADJ电阻 R_LPF 300 100 15 k ±5% RREF电阻 R_REF 100 100 100 k ±1% THLD2电阻 R_TH2 ˉ ˉ 100 k ±1%,6db below peak THLD1电阻 R_TH1 0 0 10 k ±1% PRATE电阻 R_PR 330 330 160 k ±5% PWIDTH电阻 R_PW 270接地 270接地 1000接电源 k ±5% 天线调谐电感 L_AT 56 56 56 k 50ohm天线 分流/ESD电感 L_ESD 220 220 220 k 50ohm天线 图12 RX5000芯片在OOK模式下应用电路的PCB图 图13 RX5000芯片在ASK模式下的应用电路原理图 图14 RX5000芯片在ASK模式下应用电路的PCB图 一般情况，设计时都将RX5000与TX5000配套使用，但RX5000应选择与TX5000相同的工作模式。此时，RX5000的CNTRL0、CNTRL1引脚仅用于工作模式与休眠模式的切换，而OOK模式与ASK模式的选择则将对应于不同的外围电路。OOK模式的功耗较低，但数据传输率也低(10kbps)； ASK模式的功耗较高，但数据传输率也较高(115.2kbps)。由于在ASK模式时，信号可调幅，因此抗干扰能力也较强，所以大多数应用都采取ASK模式。 与 的关系曲线如图15所示，射频输出功率与 的关系曲线如图16所示。 图15 与 的关系曲线 图16射频输出功率与 的关系曲线 5 结论 两周的课程设计很快就过去了，这是我第一次做课程设计，刚开始时真的毫无头绪，慢慢的才开始进入状态。在第一周过去之后，突然发现自己的安排与老师课程设计的安排有所出入，也觉得老师的安排比我的要合理很多。这次课程设计让我了解到动手实践能力与专业基础知识都很重要，也让我发现自己的动手能力有待加强。 这次课程设计给我提供了一个提高设计能力的机会和平台，既巩固了以前学过的专业知识，又让我对电路设计软件的应用能力得到了提高，更在很大程度上提高了我的和动手能力。可以说在这次课程设计中，我在芯片资料查找与理解方面耗费了大量的时间，这也为我后面的设计打下了基础。芯片资料基本都是英文，通过对芯片英文资料的阅读与理解，我了解了很多专业用语，对英文资料的翻译水平也有所提高。在此过程中我发现要做好一个课程设计，除了要有好的专业基础知识与实践能力外，还要有耐心，能静下心来面对全英文的资料，慢慢阅读、理解、翻译。 在这次课程设计中，在用Altium Designer 画图软件绘制PCB图时，我自己画的SM-20L封装出现了问题，通过看错误提示、相关书籍以及自己的多次尝试，终于排除了错误，同时自己也能更加熟练的运用Altium Designer 画图软件。并且通过这次课程设计。我了解了TX5000和RX5000芯片的结果、引脚功能，并运用它做出了无线数据发射器和接收器电路，掌握了无线数据发射机的内部结构及工作原理。而且由于芯片难买的问题，我还了解了其他一些发射/接收芯片，扩展了自己的视野。虽说我看了几个芯片的资料，并对此有一定程度的了解，但最终都没买到芯片，没能做出实物没能调试这是我在此次课程设计中比较遗憾的地方。 总体来说，这次课程设计让我受益匪浅。通过此次课程设计我加强了自己的专业知识，提高了自己的实践能力。这是我第一次做课程设计，我知道自己还有很多不足，请老师批评指正。 参考文献 １.黄智伟，无线通信集成电路[M] 北京：北京航空航天大学出版社，2005年7月 2. 黄智伟，无线发射与接收电路设计[M] 北京：北京航空航天大学出版社，2007年7月 3. 黄智伟， 单片无线收发集成电路原理与应用 北京：人民邮电出版社，2005年 4.陈邦媛. 射频通信通信电路 北京：科学出版社，2006年 5.RF Micro Devices, Inc. 433MHz ASK/OOK Receiver RX5000 [Z], 2001 6.RF Micro Devices, Inc. 433MHz ASK/OOK Transmitter TX5000 [Z], 2001 7.李东生,Protel DXP 电路设计教程，北京：电子工业出版社，2003年9月 _1386411041.unknown _1387305367.unknown _1387444622.unknown _1387446294.unknown _1387448215.unknown _1387539215.unknown _1387663446.unknown _1387667624.unknown _1387667547.unknown _1387663428.unknown _1387448287.unknown _1387446852.unknown _1387448114.unknown _1387447748.unknown _1387446527.unknown _1387445717.unknown _1387445730.unknown _1387445414.unknown _1387445594.unknown _1387305713.unknown _1387319564.unknown _1387319599.unknown _1387319427.unknown _1387305554.unknown _1387305693.unknown _1387305427.unknown _1387305467.unknown _1386533083.unknown _1387113952.unknown _1387141832.unknown _1387284827.unknown _1387114797.unknown _1386575624.unknown _1386575640.unknown _1386533114.unknown _1386532807.unknown _1386532965.unknown _1386533072.unknown _1386412826.unknown _1386532654.unknown _1386532706.unknown _1386411399.unknown _1386358959.unknown _1386359916.unknown _1386410094.unknown _1386410485.unknown _1386360023.unknown _1386410023.unknown _1386359307.unknown _1386359327.unknown _1386358994.unknown _1386359049.unknown _1386324642.unknown _1386324741.unknown _1386326747.unknown _1386324730.unknown _1386323227.unknown _1386324619.unknown _1274692997.unknown _1386322961.unknown _1386323147.unknown _1386277749.unknown _1274693300.unknown _1274693828.unknown 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