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射頻無線發送接收芯片TRF6900在短距離無線數據傳輸中的應用

文章出處:http://hz-huyue.com 作者:熊磊    人氣: 發表時間:2011年10月29日

[文章內容簡介]:本文介紹TI公司推出的射頻無線發送接收芯片—TRF6900的內部結構、工作原理、性能特點 ,并細述了TRF6900在短距離無線數據傳輸中的典型應用。

 摘要: 本文介紹TI公司推出的射頻無線發送接收芯片—TRF6900的內部結構、工作原理、性能特點 ,并細述了TRF6900在短距離無線數據傳輸中的典型應用。

關鍵詞: 射頻芯片,數據通信,TRF6900,DDS

1 概述
TRF6900是TI公司最新推出的單片無線收發一體芯片,它在一個器件上包括了高頻發射、高頻接收、PLL合成、FSK調制解調、FM調制解調、直接數字頻率合成 (DDS) 、接收信號強度指示(RSSI)等多種功能,集成程度相當的高。TRF6900使用ISM頻段,無需申請,而且采用低發射功率和高接收靈敏度,設備之間干擾小,可廣泛應用于無線數據采集系統、無線監控系統、收費系統、智能卡、設備遙控場合,應用前景十分廣闊。

2 TRF6900芯片介紹
TRF6900主要性能如下:
1)工作頻率為868MHz—870MHz(西歐)/902MHz—928MHz(北美)
2)有效數據傳輸距離1000米
3)典型輸出功率 4.5dBm
4)典型輸出信號頻差230 Hz
5)工作電壓2.2 V—3.6 V
6)待機電流5uA,工作電流50mA
7)內置2個可編程模式

TRF6900內部電路可分為發射模塊和接收模塊。

2.1接收模塊
接收模塊包括低噪音放大器、混頻器、中放、FM/FSK解調器、接收信號強度指示和低通濾波放大器等幾部分。

2.2發射模塊
發射模塊包括串行控制接口、直接數字頻率生成器、壓控振蕩器、鎖相環等幾部分。

3 TRF6900工作原理
3.1接收機工作原理
從天線接收到信號由LNA_IN引入TRF6900,首先經過低噪音放大器。低噪音放大器可提供13 dB的增益。低噪音放大器有正常模式和低增益模式兩種模式。當TRF6900接收的信號較強時,應該選擇低增益模式,這樣可以最大程度地減少信號非線性失真。放大后的信號被送入混頻器,混頻器將信號變頻到中頻,再通過第一和第二級中頻放大。第一級中頻放大可獲得7dB的增益,用以補償濾波器帶來的損耗;第二級中頻放大包括多個放大器,總共可獲得80dB的增益。經過兩級放大后的信號,如果采用的是FM/FSK調制方式就被送入FM/FSK解調器,解調出數據信號從DATA_OUT引出。如果是頻移鍵控(ASK)或開關鍵控(OOK)則送入接收信號強度指示器(RSSI)解調,解調后的基帶數據RSSI_OUT輸出。

3.2發射機工作原理
數字基帶信號從TX_DATA引入TRF6900片內,經過直接數字頻率合成器(DDS)調制到中頻,再通過鎖相環(PLL)倍頻到射頻,最后通過功率放大器放大信號后,由PA_OUT導出射頻信號,通過天線發射出去。

3.3串行控制接口工作原理
串行控制接口包括CLOCK,DATA,STOBE三部分,控制著TRF6900內部所有的寄存器,包括DDS參數設定寄存器,和其他的控制寄存器。在CLOCK的每一個上升沿,DATA管腳的邏輯值送入24-BIT的移位寄存器,當STOBE電平被抬高時,設定的參數被送入選定的鎖存器。

TRF6900有四個可編程的24bit控制字(A,B,C,D)。
控制字A和B分別控制DDS模式0和模式1狀態下輸出信號頻率。
控制字C負責鎖相環和DDS模式0的設定。
控制字D負責調制和DDS模式1的設定。

3.4直接數字頻率合成器(DDS)的工作原理
傳統的頻移鍵控(FSK)是利用基帶數字信號去控制電子開關,使之在不同振蕩頻率的振蕩器之間進行切換 ,從而輸出不同頻率的信號,再與載波進行混頻 ,從而實現頻率調制。直接數字頻率合成器是基于數字域,直接產生相應頻率的正弦波。它具有頻率范圍寬, 頻率分辨率高,可用軟件方便地控制輸出頻率、頻率切換速度快且切換頻率時相位保持連續等優點,從而在線性調頻、擴頻和跳頻系統、多普勒響應模擬等領域得到了廣泛應用。但DDS由于受參考頻率的限制,輸出頻率通常較低,一般為100MHz—400MHz,而這一頻段的頻率資源相當緊張。如果直接產用DDS產生射頻信號,將會對DDS的實際應用造成很大限制。所以在實際應用中往往是產用DDS/PLL混合方式。該方法將DDS輸出的中頻信號作為PLL倍頻器的參考頻率,利用PLL將信號變換到所需的頻率。這種方式既保留了DDS的頻率分辨率高和頻率切換速度快的特性 ,又彌補了DDS輸出頻率較低的不足,從而得到廣泛的應用。TRF6900也是采用DDS/PLL這種方式。
TRF6900的直接數字頻率合成器包括一個24比特的相位累加器,相位碼—幅度碼轉換表,11比特的數字—模擬轉換 DAC和低通濾波器LPF。相位累加器在時鐘的觸發下 ,對頻率控制字進行累加 ,相位累加器輸出的相位序列作為地址來尋址正弦檢索表 ,得到正弦波的離散幅度數字即抽樣數字信號。DAC再將抽樣的數字信號恢復為模擬信號,最后通過一個低通濾波濾得基波分量。

24比特的累加器可通過TRF6900內部的兩個22比特的控制寄存器控制。



控制字A和控制字B的高兩位為0,因此最大的比特權重為1/8。
fout=DDS_x ×N×fref/224
其中, DDS_x為控制字A或B的值。
參考頻率fref 就是DDS的取樣頻率,它從根本上決定著DDS的輸出頻率和頻偏。TRF6900采用的參考頻率為15—26MHz。由上式可得,DDS的最大輸出頻率為90—156MHz,最小頻偏為21Hz—37Hz。
TRF6900的控制字A的值確定模式0對應的頻率,控制字B確定模式1所對應的頻率,DDS可以在模式0和模式1之間快速切換,從而可以實現輸出頻率由一個頻率跳變到另一個頻率,而這一切都由軟件實現。所以只需給控制字A和控制字B賦相應的值,并在兩個模式之間進行切換就可以實現跳頻,實現起來很方便。TRF6900最高可達1360跳/秒,每一跳最多可攜帶22比特數據,因此,TRF6900的最大數據傳輸速率為30Kbps。TRF6900采用跳頻的調制方式,極大地增加了通信的抗干擾的能力。這一特點為在惡劣環境下進行數據傳輸,保證傳輸質量提供了很大的保障。
TRF6900也可以選擇傳統的FSK調制,這為與現有設備進行通信提供了方便。TRF6900由控制字C在DDS和FSK之間選擇。當TRF6900選擇FSK調制時,空號與傳號的輸出頻率完全由控制字D確定,可以用軟件方便地進行
設置


△f2-FSK=N×DEV×fref/222
所以,
fout_1=N×fref×DDS/224 fout_0=N×fref×(DDS+4×DEV)/224

4 典型應用
下圖為采用TRF6900實現鐵路路基溫度采集系統的實際應用框圖。及時對鐵路路基溫度進行監控是保障鐵路行車安全的一個重要工作。傳統的測溫方法需要將溫度探測器埋入路基,通過數據線獲得溫度信息,測得溫度后再將探測器取出。這種方法每次測量都需要打眼、埋放溫度傳感器,不僅工作效率低,勞動強度大,而且由于破壞了路基的原有結構,測得的溫度與實際情況并不完全吻合。而無線溫度采集系統則可從根本上解決這些問題。該系統包括溫度傳感器、微處理器、TRF6900、終端顯示與存儲設備、天線和電源等部分組成。世界應用中只需將溫度采集子系統一次性埋入探測點;測量溫度時,微控制器控制溫度傳感器,使之輸出溫度數據。微控制器接收到溫度數據后,對溫度數據進行處理后,按照一定的格式發送給TRF6900,利用TRF6900完成數據的發送和接收,地面上的微控制器接收到得溫度數據經過處理后,最后予以顯示或存儲,從而完成了整個溫度數據的采集。

5 結語
TRF6900不僅體積小、功耗低、信號抗干擾能力強、外圍器件較少、與其他設備連接方便,而且可以用軟件靈活地進行設置,便于開發和生產,因此受到了設計者、制造商和用戶的多方面的歡迎,也必將會在競爭激烈的無線短距離數據傳輸領域中占有一席之地。

參考文獻
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2、陶舒 陳勇 曹陽 DDS頻率合成在FLEX無線尋呼編碼中的應用 《電子技術》1998年第7期
3、褚人乾 蔣興才 廖湘平 運用多路DDS并行擴展輸出帶寬 《電子技術應用》1997年第12期
4、張穎光 李斌濤 LMX3126單片集成無線收發器 《國外電子元器件》2000年第5期

本文關鍵詞:射頻無線發送接收芯片,TRF6900,短,頻無線發送接收芯片,TRF6900,短距,無線發送接收芯片,TRF6900,短距離,線發送接收芯片,TRF6900,短距離,,發送接收芯片,TRF6900,短距離,無,送接收芯片,TRF6900,短距離,無線,接收芯片,TRF6900,短距離,無線數,收芯片,TRF6900,短距離,無線數據,芯片,TRF6900,短距離,無線數據傳,片,TRF6900,短距離,無線數據傳輸
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