nRF902的868MHz无线数字发射电路设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:nRF902是一个单片射频发射芯片,它内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路,能够发送数字信号。nRF902采用FSK调制,可工作在868MHz的ISM频段。文中给出了nRF902的结构、原理、特性及应用电路。 关键词:无线发射 FSK 射频发射器 nRF902 1 概述 nRF902是一个单片发射器芯片,工作频率范围为862~870MHz的ISM频带。该发射器由完全集成的频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成。由于nRF902使用了晶体振荡器和稳定的频率合成器,因此,频率漂移很低,完全比得上基于SAW谐振器的解决方案。nRF902的输出功率和频偏可通过外接电阻进行编程。电源电压范围为2.4~3.6V,输出功率为10dBm,电流消耗仅9mA。待机模式时的电源电流仅为10nA。采用FSK调制时的数据速率为50kbits/s。因此,该芯片适合于报警器、自动读表、家庭自动化、遥控、无线数字通讯应用。 2 引脚功能和结构原理 nRF902采用SIOC-8封装,各引脚功能如表1所列。 表1 nRF902的引脚功能 引脚端 符 号 功 能 1 XTAL 晶振连接端/PWR-UP控制 2 REXT 功率调节/时钟模式/ASK调制器字输入 3 XO8 基准时钟输出(时钟频率1/8) 4 VDD 电源电压(+3V) 5 DIN 数字数据输入 6 ANT2 天线端 7 ANT1 天线端 8 VSS 接地端(0V) 图1所示是nRF902的内部结构,从图中可以看出:该芯片内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路。 通过nRF902的天线输出端可将平衡的射频信号输出到天线,该引脚同时必须通过直流通道连接到电源VDD,电源VDD可通过射频扼流圈或者环路天线的中心接入。ANT1/ANT2输出端之间的负载阻抗为200~700Ω。如果需要10dBm的输出功率,则应使用400Ω的负载阻抗。 调制可以通过牵引晶振的电容来完成。要达到规定的频偏,晶振的特性应满足:并联谐振频率fp应等于发射中心频率除以64,并联等效电容Co应小于7pF,晶振等效串联电阻ESR应小于60Ω,全部负载电容,包括印制板电容CL均应小于10pF。由于频率调制是通过牵引晶振的负载(内部的变容二极管)完成的,而外接电阻R4将改变变容二极管的电压,因此,改变R4的值可以改变频偏。 将偏置电阻R2从REXT端连接到电源端VDD对可输出功率进行调节。nRF902的工作模式可通过表2所列方法进行设置。 表2 nPF902的工作模式设置 引 脚 工作模式 XTAL REXT XO8 DIN 低功耗模式(睡眠模式) GND - - - 时钟模式 VDD GND VDD - ASK模式 VDD ASK数据 VDD或者GND VDD FSK模式 VDD VDD VDD或者GND FSK数据 在FSK模式时,调制数据将从DIN端输入,这是nRF902的标准工作模式。 ASK调制可通过控制REXT端来实现。当R2连接到VDD时,芯片发射载波。当R2连接到地时,芯片内部的功率放大器关断。这两个状态可用ASK系统中的逻辑“1”和逻辑“0”来表示。在ASK模式,DIN端必须连接到VDD。 时钟模式可应用于外接微控制器的情况,nRF902可以给微控制器提供时钟。它可在XO8端输出基准时钟,XO8端输出的时钟信号频率是晶振频率的1/8。如晶振频率为13.567MHz,则XO8输出的时钟信号频率为1.695MHz。 在低功耗模式(睡眠模式),芯片的电流消耗仅10nA。在没有数据发射时,芯片可工作在低功耗模式以延长电池的使用时间。电路从低功耗模式转换到发射模式需要5ms的时间,从时钟模式转换到发射模式需要50μs的时间。 图2 nRF902的应用电路 3 应用电路设计 nRF902的应用电路如图2所示。为了获得好的射频性能,印制板(PCB)的设计是非常重要的。推荐使用最少两层的PCB板,其中包括一个接地板。设计时应使用高性能的射频电容来紧密的靠近VDD端,以完成DC电源去耦。推荐采用大容量电容与一个小容量电容并联在VDD与地之间的方法。电源电压也应在滤波后,从电源分别发送到各数字电路。所有器件地、VDD连接、VDD旁路电容都必须尽可能的靠近nRF902芯片。PCB使用上层射频接地板时,VSS端应直接连接到接地板。PCB使用底层接地板时,最好的方法是通过个通孔连接到VSS。数字信号和控制信号通道不能靠近晶振和XTAL端。笔者设计时的印制板使用双面1.6mmFR-4板,底板层有连续的接地板,再加上元器件面的接地面积,因而确保了良好的接地。大量的通孔可以连接在元器件面的接地面到底板接地面上,而在天线底下不应有接地面。

关键字:无线  数字  发射  电路设计

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