矿井移动手机的射频电路设计

1、科技创新 矿井移动手机的射频电路设计 董 文 1 孙继平 1 吴海彪 2(1. 中国矿业大学 (北京 信息工程研究所 , 北京市海淀区 ,100083;2. 铁法煤业 (集团 有限责任公司大兴矿 , 辽宁省调兵山市 ,112701 摘 要 TRF6900是一片高集成 、 低功耗的单工双向 FM/FSK 射频收发芯片 , 其工作电 压可以低至 2. 2V , 且采用特殊低功耗设计 , 非常适合于井下电池供电的移动通信系统 。给出 了 TRF6900应用于矿井移动手机中的接口电路 , 根据高频仿真设计软件 Serenada SV8. 5对 TRF6900的输入和输出进行阻抗匹配设计 , 论述了 T

2、RF6900的频率设定原则 。关键词 矿井移动通信 TRF6900芯片 阻抗匹配1 引言, 工作 。 由矿井电磁波 传输理论及实验研究发现 , 特高频 U HF 波段直射 传播损耗小 , 电磁干扰影响很微 , 因此 12GHz 之 间的波段成为地下传播无线电波的最佳窗口 1。 借鉴成熟的地面移动通信技术 , 考虑到器件 、 调试 、 生产工艺等实际情况 , 选择 900MHz 作为矿井移动 通信系统的工作频段是切实可行的 。 该频段内的元 器件来源丰富 , 器件价格低廉 , 而且有关技术已比较 成熟 , 开发较为方便 。对于美国使用的 ISM 频段 (868915MHz , 国外的各大芯片制造

3、公司 , 如 TI 、 摩托罗拉等公司推出了很多高集成度的射频收 发芯片和外围电路 。另外 , 从移动设备小型化的角 度来考虑 , 使用该频段研制的基站和移动台的天线 尺寸和设备体积远小于用高 、 中 、 低频段研制的基站 和移动台的天线尺寸和设备体积 。本文讨论的矿井移动手机射频收发环节选用的 芯片是 TI 公司生产的 TRF6900。 TRF6900是一片 高集成 、 低功耗的单工双向 FM/FSK 射频收发芯 片 , 工作于 850950MHz 频段 , 其工作电压可以低 至 2. 2V , 且采用特殊低功耗设计 , 非常适合于井下 电池供电的移动通信系统 。 TRF6900的主要特征

4、是直接数字频率合成器 (DDS 的应用 , 可以实现灵 活的收发频率设置 , 具有高频率分辨率 、 低相位噪、 , , 对外接晶体 。2 TRF6900应用结构框图 TRF6900外围只需用很少的元件就可以构成 一个完整的无线收发系统 , 通过接口电路与微处理 器连 接 可 实 现 对 TRF6900的 参 数 设 置 及 控 制 , TRF6900应用结构框图如图 1所示 。图 1 TRF6900应用结构框图3 TRF6900输入 、 输出阻抗匹配设计3. 1 阻抗匹配设计方法在射频电路的设计中 , 阻抗匹配的设计是比较 重要的环节 。 为了使信号源输出最大功率 , 要求信 号输出端阻抗与负

5、载阻抗共轭相等 , 这就是通常所 说的阻抗匹配 。 但是在实际设计中信号源与负载不 能满足阻抗匹配的条件 , 通常的做法是在信号源与 负载之间加入一个无源网络进行阻抗变换 , 使之达 到匹配 , 从而使信号源与负载之间形成最小反射 , 并 33矿井移动手机的射频电路设计保证信号源能够稳定工作 , 这种无源网络称为匹配 网络 。 一般在设计匹配网络时有两种方法 , 一种是利 用解析方法求出元件的值 , 这种方法可以得到比较 精确的结果 , 适合于采用计算机仿真 ; 另一种方法是 利用史密斯圆图作为图解设计工具 , 不需要复杂的 计算 , 因而更加直观 , 容易验证 2。本设计中进行阻抗匹配所使用

6、的工具是史密斯 圆图 。 在史密斯圆图中 , 有阻抗圆图和导纳圆图 。 电路中加入电容和电感使阻抗点所发生的移动在史 密斯圆图上可以直观地显示出来 , 如图 2所示。 图 2 串并联电抗元件的阻抗变化串联电容使阻抗点沿阻抗圆图中的电阻圆作逆 时针移动 ; 串联电感使阻抗点沿阻抗圆图中的电阻 圆作顺时针移动 ; 并联电容使阻抗点沿导纳圆图中 的电阻圆作顺时针移动 ; 并联电感使阻抗点沿导纳 圆图中的电阻圆作逆时针移动 。Serenada SV8. 5是 Ansoft 公司推出的高频电 路仿真软件 , 该软件可很直观地在史密斯圆图上对 高频电路进行阻抗匹配和仿真 。 进行阻抗匹配的过 程为 :(1

7、 在史密斯圆图上标出信号源归一化阻抗Z S 和负载归一化共轭阻抗 Z 3L 这两个参量点;(2 以 ZS 参量点为出发点 , 通过电容或电感元件的串并联 , 使 Z S 参量点沿电阻圆或导纳圆移动 ,直至移动到负载归一化共轭阻抗 Z 3L ; (3 Serenada SV8. 5软件根据参量点的移动可以给出所串联或并联元件的数值 。 在阻抗匹配设计 中信号频率取为 870MHz 。 3. 2 TRF6900输出阻抗匹配设计TRF6900的高频放大器为 C 类 , 输出端归一化阻抗 Z S =0. 9j1. 2, 所接负载为 50, 其归一化共 轭阻抗 Z 3L =1. 0, 匹配的过程就是加入

8、匹配网络后 使参量点 Z S 转移到 Z 3L 。阻抗匹配过程和匹配电路如图 3所示。图 3 TRF6900输出端阻抗匹配上 史密斯圆图的阻抗匹配示意图 ; 下 史密斯圆图生成的阻抗匹配电路图 4 TRF6900的 LAN 输入阻抗匹配上 史密斯圆图的阻抗匹配示意图 ; 下 史密斯圆图生成的阻抗匹配电路 Serenada SV8. 5软件得出的元件数值为并联电感 L =9. 0nH , 串联电容 C =3. 0p F , 在调试中这两43中国煤炭第 29卷第 7期 2003年 7月个元件的实际数值为 L =6. 8nH , C =3. 3p F 。 3. 3 TRF6900输入阻抗匹配设计TR

9、F6900的 LNA 的输入接 50的天线 , 也就 是说信号源归一化阻抗 Z S =1. 0。 TRF6900输入 端是一低噪声放大器 (LAN , 归一化阻抗 Z L =0. 6 j0. 6, 因此 TRF6900输入端的阻抗匹配就是要 Z S 匹配到 Z 3L =0. 6+j0. 6。阻抗匹配过程和匹配 电路如图 4所示 。Serenada SV8. 5软件得出的元件数值为并联电 容 C =8. 1p F , 串联电感 L =7. 7nH , 在调试中这两 个元件的实际数值为 C =10p F , L =6. 8nH 。4 TRF6900的收发频率设置TRF6900的内部设有 A 、 B

10、 、 C 、 D4组控制字 , 其 收发频率设置通过设定 A 、 B 控制字来实现 3, 本文 假定接收频率为 f R =870MHz , 由 A 控制字设定 ; 发 射 频 率 为 f T =870MHz , 由 B 控 制 字 设 定 。 TRF6900外接晶体频率 f ref =24.TRF6900(DDS 合 PLL即 VCOf out =N DDS -x224(1 式中 f out VCO 输出频率 ;N 预分频器的分频比 , N =256;DDS -x 控制字二进制转化为十进制的 数值 , x =0,1 代表 A 、 B 控制字 ;f ref 外接晶体频率 。由于 TRF6900的

11、接收频率 f R 与 VCO 输出频 率 f out 相 差 一 个 中 频 10. 7MHz , 则 f out =859. 3MHz 。 由式 (1 ,A 控制字中相应十进制数值为 :DDS -0=24 fN f ref5 结论对于 900MHz 频段的移动通信手机 , 高频收发 , , 通过高频 对射频收发芯片 , 并 , 对实际的调试起到了关键 性的指导作用 。 (责任编辑 熊志军 参考文献1 张跃平 . 地下巷道中 U HF 特高频无线电波的传播 . 山西矿业学院学报 ,1996(32 Reinhold Ludwig. RF circuit design theory and app

12、lic ation. 北京 :科学出版社 ,20023 Design with the TRF6900signal -chip transceiver . TI. Inc 2000(上接第 21页 7 依靠职工群众办企业 , 维护职工群众的根本利益(1 牢固树立全心全意依靠职工办企业的思想 , 充分发挥职工群众的主观能动性 , 鼓励职工大胆创 新 , 激发职工的创新热情 , 发挥职工的创新精神 , 支 持职工的创新行动 , 保护职工的创新积极性 , 使广大 职工为企业发展建功立业 。 各级工会组织带领广大 职工 , 自觉参与到企业民主管理当中 。凡牵涉到工 人切身利益的事 , 都要提交职代会讨

13、论 , 认真听取职 工意见 。 我们还让职工参与到安全生产 、 经营管理 当中 , 积极推行厂务公开 , 经常不断组织职工开展提 合理化建议活动 。民主管理的实践 , 大大强化了职 工队伍当家作主的 “ 主人翁” 意识 。(2 关心职工的生活 , 努力提高职工的物质文化 生活水平 。 集团公司在资金并不宽裕的情况下为全 体职 工 执 行 了 调 标 工 资 , 2002年 人 均 收 入 达 到 10066元 , 为大中专毕业生执行了新工资标准 。集 团公司十分关心离退休干部和职工 、 特困职工和家 属 、 下岗职工的生活 , 积极筹措资金 , 保证养老金和 下岗职工基本生活费按时足额发放 。

14、 定期组织送温 暖活动 , 慰问离退休老干部 、 老工人 、 伤病残和特困 职工 , 及时把企业的温暖送到职工家中 , 还挤出有限 的资金新建或改造了一批职工集体福利设施 。 职工 生活水平的明显提高 , 促进了集团公司整体协调快 速发展 。 (作者为郑州煤炭工业 (集团 有限责任公 司董事长 (责任编辑 师自平 53矿井移动手机的射频电路设计Abstracts in EnglishAn 8Mt capacity f ully mechanized longw all mining technology From the angles of mining conditions , mining

15、 method , equipment selection and matching and coal face fast move , etc. this paper introduces the longwall mining technology used in Daliuta coal mine that realized 8Mt annual capacity. Application of this mining technology is characterized of correct design , perfect matching , advanced mining pr

16、ocess , rationalized face parameters and well coordinated performances of all links of the entire system. Hence this mining technology is of good performance and adaptability as well as good safety characters.Mine gas explosion risks analysis and evaluation system In view of the mine gas explosion r

17、isks in work safety in mines , this paper presents an analysis and evaluation of coal mine gas explosion risks by using accident tree anal 2 ysis method combining the use of man -machine -environment analysis and evaluation included in the work safety system engineering. This paper also utilizes the

18、 VB comprehensive development environment and the advanced and powerful ACTIV EX control software , convenient and brief programming language in the development of the mine gas explosion risks evaluation software based upon the WINDOWS98Cooling dow n the electric coal pricing disputes by promoting h

19、olds that up 2 grading the coal market functions , maintaining the play the function of coal market present the best way out to the The paper thus points out that it is unrealistic to rely totally on -generation for the purpose to solve the coal and electricity , presents 4major measures aiming at b

20、ringing the market functions into the state government may readjust the interests of different sectors in the complete energy chains. Increasing economic returns to enterprises should rely on tapping the internal potentials of the enterprises proper but not on taking advantage of the others.Problems

21、 calling for attention in coal mine capital operations It is a fact that the majority of coal mines lack capitals for their own manipulation. This paper makes an analysis of the relevant reasons behind that and thus warns that there are a total of 4problems in the course of capital manipulation in c

22、oal mines that call for immediate attention and careful management.R adio frequency circuit design for mobile phones for mine use TRF6900is a highly integrated simplex two -way FM/FSK radio frequency reception -transmission chip that is of low power consumption. Its working voltage can be as low as

23、2. 2V for its special design for low energy consumption. It is therefore very adapted for use in the underground mobile communication system supported by battery charging system. The paper provides the interface circuits for the use of TRF6900in underground environment as a mobile phone. On the basi

24、s of high frequency simulation design software Serenada SV8. 5 s design of impedance matching design for its input and output , the paper also discusses the frequency settling principles for the TRF6900.Some thoughts on the strategy of building quality blast -injection coal base in Lu an On the basis of present 2 ing an analysis of the development trends of blast -injection technology both in China and abroad , this paper dis 2 cusses the