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        nRF902的868MHz無線數字發射電路設計

        作者: 時間:2004-12-07 來源:網絡 收藏
        摘要:是一個單片射頻芯片,它內含頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等電路,能夠發送信號。采用FSK調制,可工作在的ISM頻段。文中給出了的結構、原理、特性及應用電路。

        關鍵詞: FSK 射頻器 nRF902

        1 概述

        nRF902是一個單片發射器芯片,工作頻率范圍為862~870MHz的ISM頻帶。該發射器由完全集成的頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成。由于nRF902使用了晶體振蕩器和穩定的頻率合成器,因此,頻率漂移很低,完全比得上基于SAW諧振器的解決方案。nRF902的輸出功率和頻偏可通過外接電阻進行編程。電源電壓范圍為2.4~3.6V,輸出功率為10dBm,電流消耗僅9mA。待機模式時的電源電流僅為10nA。采用FSK調制時的數據速率為50kbits/s。因此,該芯片適合于報警器、自動讀表、家庭自動化、遙控、通訊應用。

        2 引腳功能和結構原理

        nRF902采用SIOC-8封裝,各引腳功能如表1所列。

        表1 nRF902的引腳功能

        引腳端符 號

        功 能

        1XTAL晶振連接端/PWR-UP控制
        2REXT功率調節/時鐘模式/ASK調制器字輸入
        3XO8基準時鐘輸出(時鐘頻率1/8)
        4VDD電源電壓(+3V)
        5DIN數據輸入
        6ANT2天線端
        7ANT1天線端
        8VSS接地端(0V)

        圖1所示是nRF902的內部結構,從圖中可以看出:該芯片內含頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等電路。

        通過nRF902的天線輸出端可將平衡的射頻信號輸出到天線,該引腳同時必須通過直流通道連接到電源VDD,電源VDD可通過射頻扼流圈或者環路天線的中心接入。ANT1/ANT2輸出端之間的負載阻抗為200~700Ω。如果需要10dBm的輸出功率,則應使用400Ω的負載阻抗。

        調制可以通過牽引晶振的電容來完成。要達到規定的頻偏,晶振的特性應滿足:并聯諧振頻率fp應等于發射中心頻率除以64,并聯等效電容Co應小于7pF,晶振等效串聯電阻ESR應小于60Ω,全部負載電容,包括印制板電容CL均應小于10pF。由于頻率調制是通過牽引晶振的負載(內部的變容二極管)完成的,而外接電阻R4將改變變容二極管的電壓,因此,改變R4的值可以改變頻偏。

        將偏置電阻R2從REXT端連接到電源端VDD對可輸出功率進行調節。nRF902的工作模式可通過表2所列方法進行設置。

        表2 nPF902的工作模式設置

        引 腳
        工作模式
        XTALREXTXO8DIN
        低功耗模式(睡眠模式)GND---
        時鐘模式VDDGNDVDD-
        ASK模式VDDASK數據VDD或者GNDVDD
        FSK模式VDDVDDVDD或者GNDFSK數據

        在FSK模式時,調制數據將從DIN端輸入,這是nRF902的標準工作模式。

        ASK調制可通過控制REXT端來實現。當R2連接到VDD時,芯片發射載波。當R2連接到地時,芯片內部的功率放大器關斷。這兩個狀態可用ASK系統中的邏輯“1”和邏輯“0”來表示。在ASK模式,DIN端必須連接到VDD。

        時鐘模式可應用于外接微控制器的情況,nRF902可以給微控制器提供時鐘。它可在XO8端輸出基準時鐘,XO8端輸出的時鐘信號頻率是晶振頻率的1/8。如晶振頻率為13.567MHz,則XO8輸出的時鐘信號頻率為1.695MHz。

        在低功耗模式(睡眠模式),芯片的電流消耗僅10nA。在沒有數據發射時,芯片可工作在低功耗模式以延長電池的使用時間。電路從低功耗模式轉換到發射模式需要5ms的時間,從時鐘模式轉換到發射模式需要50μs的時間。

        圖2 nRF902的應用電路

        3 應用

        nRF902的應用電路如圖2所示。為了獲得好的射頻性能,印制板(PCB)的設計是非常重要的。推薦使用最少兩層的PCB板,其中包括一個接地板。設計時應使用高性能的射頻電容來緊密的靠近VDD端,以完成DC電源去耦。推薦采用大容量電容與一個小容量電容并聯在VDD與地之間的方法。電源電壓也應在濾波后,從電源分別發送到各數字電路。所有器件地、VDD連接、VDD旁路電容都必須盡可能的靠近nRF902芯片。PCB使用上層射頻接地板時,VSS端應直接連接到接地板。PCB使用底層接地板時,最好的方法是通過個通孔連接到VSS。數字信號和控制信號通道不能靠近晶振和XTAL端。筆者設計時的印制板使用雙面1.6mmFR-4板,底板層有連續的接地板,再加上元器件面的接地面積,因而確保了良好的接地。大量的通孔可以連接在元器件面的接地面到底板接地面上,而在天線底下不應有接地面。




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