基于超低功耗無線芯片SX1212的無線數傳模塊設計

SX1212是SEMTECH推出的一款超低功耗的單芯片無線芯片，頻率范圍從300MHz到510MHz。SX1212經過優化具有非常低的接收功耗，典型接收電流為2.6mA, 遠小于同類收發器的接收電流。工作電壓為2.1-3.6V,最大發射功率+12.5dBm, SX1212集成度非常高，其包含了射頻功能和邏輯控制功能的集成電路，內部集成壓控振蕩器、鎖相環電路、功率放大電路、低噪聲放大電路、調制解調電路、變頻器、中放電路等。此外它整合了基帶調制解調器的數據傳輸速率高達150Kbps數據處理功能包括一個64字節的FIFO，包處理，自動CRC生成和數據白化。它的高度集成的架構允許最少的外部元件數量，同時保持設計的靈活性。所有主要的射頻通訊參數可編程，其中多數可動態設置。它符合歐洲(ETSI EN 300-220 V2.1.1)和北美(FCC part 15.247 and 15.249)標準。

　　本文介紹基于無線芯片SX1212的無線模塊設計，其具有傳輸距離相對遠，接收的靈敏度較高，工作功耗低等諸多優點，所以它適用于無線水氣抄表、無線遙控系統、無線傳感器網絡、無線溫度壓力數據采集、機器人控制等需要用電池長期工作的領域。

　　系統電路設計

　　系統主要由一個MCU和SX1212組成見圖一。MCU選用了ST公司的低功耗單片機STM8L101F3, SX1212與單片機通訊采用SPI接口，與外部終端通信采用UART接口。由于高度集成化SX1212外圍零件已經很少，所以設計的關鍵是RF前端的匹配電路的設計。另外高頻部分的走線盡量的短粗，元器件參數要根據線路板的實際情況作出適當的調節，以抵消分布參數的影響。一般的RF芯片發射與接收端口的阻抗并不是標準的50Ω阻抗，要達到最佳的接收效果必須將輸入阻抗通過外圍器件的補償使之與50Ω的天線匹配，電路如圖1所示。圖中Y2是聲表面濾波器，用于衰減規定頻帶以外的信號，L2，C3，C22是阻抗匹配網絡，L4,L5,壓控振蕩器電感，調整壓控振蕩電感，可以使模塊工作于不同的頻率，C7,R3,C8是鎖相環電路。

圖一 SX1212的系統電路設計

　　工作模式設計

　　典型的無線收發機編碼如下圖。

　　前導碼為“1010”交替碼，其作用是使目的接收機時鐘與發射機同步，正常模式下前導碼長度一般為32bit即可，如工作在省電模式時序下，前導碼還有喚醒接收機的功能，此時發射機必須發送較長的前導碼將省電模式下的接收機喚醒進入正常的工作狀態。如設置接收機1秒鐘喚醒一次，那么接收機每間隔1秒鐘喚醒一次搜索前導碼(tw)，持續長度一般為16bit。而發射機首先發射1秒以上的前導碼再發射后面得同步碼等，這意味著接收機在喚醒的周期，只要信道中發現前導碼，在正常情況下都能夠可成功檢測到并喚醒接收，示意圖見圖二。

　　這里我們設計了四種工作模式，見表一，這四種工作模式是利用MCU的SET_A和SET_B腳轉換的，四種模式均可以相互轉換。

　　表一:四種工作模式說明