TH7FSK 315 MHz发射器.docx
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TH7FSK315MHz发射器
摘要
TH72001是一款符合EN300220及类似标准的单片发射器芯片,可应用于无钥匙进入系统、遥控遥测系统、数据通信系统和安防等系统中。
关键词:
引脚功能,工作原理
Abstract
TheTH72001FSKtransmitterICisdesignedforapplicationsinthe315MHzindustrial-scientific-medical(ISM)band.Itcanalsobeusedforanyothersystemwithcarrierfrequenciesrangingfrom290MHzto350MHz.
TH72001芯片简介
TH72001是一款符合EN300220及类似标准的单片发射器芯片,可应用于无钥匙进入系统、遥控遥测系统、数据通信系统和安防等系统中。
主要技术特点如下:
·工作频率为290~350MHz;
·单端RF输出;
·FSK调制方式;
·FSK通过晶振牵引进行调制;
·电源电压为1.9V~5.5V;
·工作电流为3.5mA~10.7mA。
芯片引脚图如下:
1工作原理
1.1基本原理
如下图所示,一个TH72001发射机主要由振荡电路、相位锁定回路(PLL)、模式控制逻辑电路(modecontrol)等部分组成。
PLL由相位/频率检测器(PFD)、电压控制振荡器(VCO)、充电泵(CP)、分频器组成,晶体振荡器产生的频率的输出作为PLL的输入,而经VCO的输出进入功率放大器PA.而PA则由电源选择输出信号、低电压探测电路信号、锁死侦测信号共同控制其关断。
由OUT脚接天线输出。
1.2整体模块图
图1.2
2各部分功能介绍
2.1晶体振荡器
它是用来稳定频率和选择频率的,是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。
如图2.1所示,为一个晶体振荡器的内部结构图,L1、C1、R1构成一个串联谐振回路,其与C0构成一并联谐振回路。
CL值是产商所规定的,所对应的晶振频率为fc,CLeff'的调节可通过FSKDTA对其进行控制,f与CLeff的关系如图2.1左边所示,
图2.1
2.2相位锁定回路〈PhaseLockedLoop,PLL〉
PLL的主要原理,基本是一种类似运算放大器般的负反馈电子电路结构,PLL主要有两个输入端,分别是〈参考输入频率,晶体作为基准参考,与〈反馈输入频率,Fvco〉,共同连接到PLL内部的第一个组件〈相位/频率检测器,Phase/FrequencyDetector,PFD〉。
相位/频率检测器会比较参考频率与反馈频率两者间的差别,检测出两者间的相位与频率的误差量,当参考频率高于反馈频率时,PFDUp端会输出Up脉波;反之若是参考频率低于反馈频率时,PFDDn端会输出Dn脉波。
相位/频率检测器产生的脉波信号随后经由〈电流控制器,ChargePump〉与〈回路滤波器,LoopFilter〉,转换成为最后一阶〈电压控制振荡器,VoltageControledOscillatorVCO〉的控制电压,产生Fvco时脉讯号的输出。
相位锁定原理:
晶体振荡器的输出频率f1,送至相位比较器(PFD)的输入端。
若由压控振荡器(VCO)产生的频率信号为f2,经过一个可预置的分频器,可得到f‘2=f2、/N(N为预先设定的分频系数),然后再送到相位比较器的比较信号输入端。
当相位锁定时,锁相环输出信号是输入信号频率的N倍。
如图2.2所示:
图2.2
2.3频移键控
首先,我们知道数字调频又称移频键控,它是载波频率随数字信号而变化的一种调制方式。
利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。
本设计调制过程如下,
图2.3
设中心频率为fc,频率偏差为Δf。
具体调制方式如图2.3所示,当FSKDTA输出低电平时,即当FSKDTA=0时,开关闭合,此时晶振频率最低,为fmin,当FSKDTA为高电平时,即当FSKDTA=1时,开关断开,CX2不起作用,此时晶振频率最大,为fmax。
外部信号通过外部电容CX1、CX2结合外谐振电路XTAL送入到脚R01。
2.4输出电源选项
其基本工作原理如图2.4所示,考虑到准确性和稳定性,选择数字电源,它的可调范围更广。
图2.4
它由一系列的电阻和比较器构成,PSEL脚的电压作为比较端,假设有两个能输出大概8μA的VCC,下面那个源接PSEL脚,而上面的源则接一系列的电阻,电压值随着电阻逐级递减,比较之后的结果送入与门,比较器的另一端接大约20mV的电压源,如此,加上控制信号,通过功率放大器的通断就可以进行数字电源的控制,而低电压探测器和锁存信号通过与门共同对其进行门控制。
有两种方式可以选择输出电源。
第一种,可以直接在PSEL脚引入直流电源DC,这种情况发射机的电源要在工作的运行期间不断的改变。
对于一个固定的电源,则采用一个电阻一端接地另一端接PSEL脚的方式,通过接上电阻后的压降来控制输出电源的等级。
对于一个电压很大的电源,这样一个阻抗是不起作用的。
PSEL在ENTX为0的情况下,也就是说在发射机不工作的情况下,它相当于一个高阻抗。
2.5锁死探测电路
当PLL锁定时,锁死侦测电路才能打开功率放大器,这样能屏蔽掉无用信息。
2.6低电压探测器
是用来防止电压过低的,当电压低于1.85伏时功率放大器关闭。
2.7模式控制逻辑电路(modecontrollogic)
图2.7
如图2.7所示,当ENTX=0时,发射机停止工作,当ENTX=1时,工作。
2.8频移键控调制时序图
图2.8
如图2.7所示,当ENTX脚有效的时候,即达到最大值时,在ton时间内,功率放大器是不起作用的,而此时,晶体振荡器开始振荡,PLL也开始工作。
PLL当输出频率稳定之后,也即PLL达到相位平衡了,这时的锁相信号将开启功率放大器,并开始对射频载波信号进行数字调制。
3引脚功能及描述
3.1引脚名称及内部结构图
图3.1(a)
图3.1(b)
3.2引脚功能描述
FSKDTA频移键控数据输入端
FSKSW频移键控开关
Ro1连接外部振荡电路与芯片内部晶振电路的引脚
ENTX模式控制逻辑信号控制端
PSEL电源选项脚
VCC电源
OUT功率放大器输出端
VEE接地
4测试电路
4.1测试电路图
图4.1
4.2元器件参数
图4.2
5总结
通过两周的课程设计,我学到了不少知识,对TH72001有了一定的了解,通过对TH72001内部结构功能的分析,我了解了FSK信号的产生,锁相环的工作原理,鉴相器的工作原理,VCO的工作原理,以及分频器的特点。
在用Protel99SE画原理图和封装图时,我遇到了不少问题,通过看书,向同学询问,终于把用Protel99SE画原理图和封装图的问题解决了。
参考文献
[1]黄智伟.无线发射与接收电路设计[M].北京航空航天大学出版社,2004年
[2]王庚尧.英汉电子词典[M].上海科学技术出版社,1984年
[3]黄智伟.射频集成电路芯片原理与应用电路设计[M].电子工业出版社,2005年
[4]黄智伟.无线数字收发电路设计[M].电子工业出版社,2004年
附录
图一:
电路原理图
图二:
电路封装图
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- 关 键 词:
- TH7FSK 315 MHz发射器 MHz 发射器