无线收发芯片和模块

1、无线收发芯片和模块高频电子技术1.1 无线收发芯片的主要特性 由于无线收发芯片分为发射芯片、接收芯片和收发芯片三大类，我们将芯片所涉及的主要特性指标也分为三类： 第一类是这三类芯片都使用的性能指标，称其为共有指标； 第二类是描述发射特性的指标，称为发射模式指标； 第三类是描述接收特性的指标，称为接收模式指标。 无线发射芯片只涉及共有指标和发射模式指标，接收芯片只涉及共有指标及接收模式指标，收发芯片则涉及所有上述指标 1.1 无线收发芯片的主要特性 （1）电源电压 无线收发芯片都使用低压直流电源，一般都指定电源电压范围。 （2）工作温度 一般标明两个温度范围：工作温度范围，是指正常工作所需的环境

2、温度范围，例如无线收发芯片nRF401的工作温度范围是2585；储存温度，是指储存芯片所需的环境温度，nRF401的储存温度范围是40125。 1、共有指标 （3）芯片封装形式和尺寸 无线芯片应用于许多便携式设备，因此选用时芯片的封装方式和尺寸也是一个重要的指标。常见的封装方式有TSOP（薄型小尺寸封装）、SSOP（缩小型小尺寸封装）、TSSOP（薄型小间距小尺寸封装）、SOIC（小外形集成电路）等 1.1 无线收发芯片的主要特性 （5）外接元件数目 从设计制作实用无线收发装置的角度看，芯片外接元件的数量和品种也是一个重要的指标，同样的电气性能，不同型号的芯片所需外接的元件数量常常不同，这种情

3、况下应尽量选用外接元件最少的芯片。 （6）天线尺寸 天线尺寸的大小决定于波长，为了使便携式无线收发系统有更小的尺寸，应该选用频率较高的芯片。 1、共有指标 （7）低功耗模式电流 也称睡眠模式电流，是指芯片处于待机状态，即没有收发无线电信号状态时的维持电流。这一指标直接关系到收发系统的功耗，也是无线收发应用系统设计时需要考虑的一个重要指标。 1.1 无线收发芯片的主要特性 （1）发射频率 是指无线发射时载波的频率，芯片说明书上也称工作频率，除调幅广播以外，应用于数据传输、控制和通信的无线收发芯片，多数工作于VHF（30300MHz）或UHF（3003000MHz）频段。 （2）晶振频率 为了获得

4、高稳定度的VHF/UHF振荡，芯片所使用办法是由晶振产生几兆至十几兆的高稳定度的振荡，然后通过片内锁相环倍频电路获得高频率的振荡，因此无线收发芯片都需要外接晶体谐振器，在标明工作频率的同时都标出外接晶体谐振器的频率，即晶振频率。 使用时必需按要求正确外接晶振才能获得规定的工作频率。 2、发射模式指标 1.1 无线收发芯片的主要特性 （3）调制方式 也称调制类型，常用的无线发射所采用的调制方式有AM（幅度调制）、FM（频率调制），ASK（幅移键控）调制、FSK（频移键控）调制和PSK（相移键控）调制等。 有些芯片还用到OOK调制和高斯频移键控调制。所谓OOK是On-Off Keying的缩写，即

5、为通断键控调制的意思，它是ASK调制的特例，幅度键控调制时一个状态的幅度为零，另一个非零，即为OOK调制。 2、发射模式指标 1.1 无线收发芯片的主要特性 （4）数据速率 也称数据传输速率，一般标明的是最大传输速率。传输速率可以用比特率表示，也可以用波特率表示。 通过下面的例子说明比特率和波特率之间的差异和联系 2、发射模式指标 波特率是5kBaud/s，比特率和波特率数值相等。 波特率仍然为5kBaud/s比特率等于10kbit/s 比特率=波特率单个调制状态对应的二进制位数1.1 无线收发芯片的主要特性 （5）最大输出功率 是指发射芯片或收发芯片的射频输出功率，有些芯片称为发射功率、最大

6、输出电平。 2、发射模式指标 （6）发射模式电流 是指芯片处于发射模式时流过芯片的电流，对于发射芯片，常标为工作电流或消耗电流等；对于收发芯片，标明为发射模式工作电流。 1.1 无线收发芯片的主要特性 （1）输入频率 也称射频输入范围，是指接收芯片或收发芯片接收模式时对于射频输入信号频率的要求，一般给出频率的最大值和最小值。例如，无线接收芯片RX3310输入信号频率范围是250450MHz。对于收发芯片，由于即具有发射能力，又具有接收能力，其接收电路对于输入信号频率的要求应和发射电路所发射的无线电信号频率范围相同，因此，对于收发芯片，只要标明频率范围即可。 3、接收模式指标 （2）接收灵敏度

7、也称输入灵敏度，与调制方式有关，输入信号为ASK、FSK调制时，误码率达到10-3所需的平均输入信号功率电平即为接收机的接收灵敏度。例如，nRF401信号传输速率20kbps，输入阻抗400时的接收灵敏度为105dBm。 1.1 无线收发芯片的主要特性 （3）接收模式电流 是指接收芯片的工作电流或收发芯片工作于接收模式时的电流。例如收发芯片nRF401接收模式工作电流为250A。 3、接收模式指标 （4）基准频率和中频 接收芯片大都采用超外差接收方式，为此需外接晶体谐振器产生几兆至几十兆的振荡，然后经片内锁相环倍频电路倍频，形成稳定的高频本地振荡，因此接收芯片一般都标明晶体的频率（基准频率），

8、同时也给出中频。无线接收芯片的中频，包括收音机集成电路在内不像分立元器件组成的调幅、调频广播及电视接信号接收电路有规范的数值，不同的芯片所采用的中频可以有较大的差异。1.1 无线收发芯片的主要特性 （5）调制方式和数据速率 调制方式和数据速率都是发射模式指标，但在接收芯片中仍需标明这两个指标。只有接收到的已调信号的调制方式、数据速率与接收芯片内的解调电路特性相符合时才能进行有效的解调，因此，接收芯片还是需要标明调制方式和数据速率。 3、接收模式指标 1.2 无线收发芯片按用途分类 无线收发芯片的开发、生产势必是专、通用相结合，这样做的好处是能最大限度地提高芯片的性能价格比。于是就形成了适合于不

9、同应用领域芯片的分类。按照目前常见的无线收发芯片，按照不同的用途，可以将其分为图所示的5大类。 1.2 无线收发芯片按用途分类 1、收音机集成电路 从高频电子技术的角度来看，调幅和调频收音机是典型的中高频（300kHz30MHz）段无线信号接收电路，用于这些频段射频信号接收的芯片习惯上不称收音机芯片而称收音机集成电路。 分立元器件组成的收音机电路集成化时可以采取多种方案，可以对接收电路的整体进行集成，由此所形成的集成电路称为单片收音机集成电路。 典型的单片集成电路有FS2204、TA7641P、TDA7000、TDA7088T、TEA5768HL和TDA1220A等，其中FS2204为国产电路

10、，TA7641P为东芝公司产品，TDA7000、TDA7088T、TEA5768HL为菲利浦公司产品，TDA1220A为德国德力风根公司产品。 1.2 无线收发芯片按用途分类 2、电视机集成电路 电视机除了无线接收电路以外，它还包含许多不属于高频电子技术研究对象的技术和电路。彩色电视机的电路框图如图所示。 图中大虚线框所包围的即为本章所讨论的无线接收电路，这一电路输出的图像信号、伴音信号如何形成图像和声音则不属于高频电子技术的范围。1.2 无线收发芯片按用途分类 3、手机等通信专用芯片 手机中，属高频电子技术研究对象的是无线接收和发射电路（包括天线和天线收发转换器），这部分电路已被制成各种型号

11、的集成电路。 以摩托罗拉A920所使用的无线收发芯片为例。该手机的无线收发电路由4块芯片组成，分别为MAX2388、MAX2309、MAX2363和MAX2291。MAX2388和MAX2309组成图中的接收电路，MAX2363和MAX2291组成图中的发射电路。 1.2 无线收发芯片按用途分类 4、射频卡芯片 射频卡也称非接触式IC卡，具有无线数据传输和身份识别的功能。射频卡和基站之间是通过无线通信的方式来传输信息的，因此射频卡也是无线收发芯片的重要一类。 常用的射频卡芯片有E5550、E5560、E5530等，它由前端处理模块、调制模块、处理器模块和存储器组成，8脚SO封装，便于塑封于厚度

12、1mm左右的“卡片”之中，能完成与读写器之间的无线通信。 1.2 无线收发芯片按用途分类 5、数据传输和遥控芯片 无线收发芯片中应用范围最广的是适用于数据传输和遥控的芯片。下表列出了部分典型接收芯片的型号和主要参数， 1.2 无线收发芯片按用途分类 5、数据传输和遥控芯片 下表列出了部分典型收发芯片的型号和主要参数。 下面以无线收发芯片nRF401为例，介绍芯片的结构、主要特性、封装以及外接元件的连接，介绍如何用这种型号的芯片组成无线收发系统。 1.2 无线收发芯片按用途分类 （1）nRF401封装和外形 无线收发芯片nRF401为20脚SSO封装（SSOP），如图所示。芯片大小为7.45mm

13、2，比DIP封装小一半，厚度2mm也比DIP封装薄。 （2）nRF401引脚功能和工作原理 1.2 无线收发芯片按用途分类 （2）nRF401引脚功能和工作原理 芯片内部电路框图如下图所示 1.2 无线收发芯片按用途分类 （2）nRF401引脚功能和工作原理 各引脚功能如下表所示 （2）nRF401引脚功能和工作原理 无线信号接收：18脚置1，19脚置0时芯片处于接收状态，无线信号经天线进入高频放大电路（低噪声放大电路），放大后与本机振荡混频，输出中频信号，进一步放大后解调，从10脚输出解调后的信号。 无线信号发射：18脚置1，19脚置1时芯片处于发射状态，待发射的基带信号从9脚输入，控制压控

14、振荡电路的频率，形成频率受调制的已调波（FSK调制波），已调波经高频功率放大电路放大后通过天线向外发射。功率放大电路是双端输出的差分电路，其两个输出端分别接环形天线的两端。（2）nRF401引脚功能和工作原理 环形天线制作在印制电路板上，其形状和尺寸如下图所示。 1.3 无线收发模块 根据组成、技术指标和应用领域的不同，无线收发模块可以分为以下四类。 1、声表面波-超再生型模块 这类模块结构上的特点是发射电路的载波由声表面波谐振器振荡电路产生，采用ASK或OOK调制方式，接收电路为超再生电路，由于发射电路用声表面波器件稳频，接收电路为超再生式，因此称其为声表面波-超再生型模块。 模块的优点是结

15、构简单、成本低，缺点是抗干扰能力差，频率稳定性比LC振荡电路好但仍低于工业控制所要求的108，一般只能达到106，因此适用于遥控玩具和其他抵挡遥控产品。 1.3 无线收发模块 典型收发模块的主要特性指标如表所示，常用声表面波谐振器,工作频率为315和433MHz，此外模块数据传输的速率也较低，都在10kbit/s以下。 1.3 无线收发模块 2、声表面波-超外差型模块 这类模块的发射电路仍采用声表面波谐振器产生高频振荡，接收电路改用超外差式，故称其为声表面波-超外差型模块。声表面波-超外差型收发模块改变的是接收模块，下表列出了几种典型的接收模块。 比较前面的两表中的接收模块，105dBm的接收

16、灵敏度相当于1.5V，而超再生式一般为5 V，可见超外差型的接收灵敏度有所提高。此外，超外差型抗干扰能力也较强。 1.3 无线收发模块 3、收发芯片为核心组成的收发模块 为便于用户使用，许多厂家以常用无线收发芯片为核心，加上必须的外接元件用印制板制成实用的收发系统，即成为以收发芯片为核心的收发模块。 这些模块的使用十分简单，也无需调试，在这类模块的基础上还可以进行二次开发，因此给设计人员带来很大的方便。优点：兼有接收和发射功能；多频道时，频道选择方便；可方便地与单片机串行口连接；由于所选用的芯片采用晶体振荡和锁相环技术，频率稳定性好；通过有限的几个引脚与外界连接，使用十分方便。 1.3 无线收发模块 3、收发芯片为核心组成的收发模块 模块PTR2000为例，其外形如图所示，共有7个引脚，1、2是电源引脚，3，4为数据输出和输入引脚，2脚用于选择频道，置0时工作频率为433.9