nRF902的868MHz無(wú)線(xiàn)數字發(fā)射電路設計

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)發(fā)射 FSK 射頻發(fā)射器 nRF902

1 概述

nRF902是一個(gè)單片發(fā)射器芯片，工作頻率范圍為862～870MHz的ISM頻帶。該發(fā)射器由完全集成的頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成。由于nRF902使用了晶體振蕩器和穩定的頻率合成器，因此，頻率漂移很低，完全比得上基于SAW諧振器的解決方案。nRF902的輸出功率和頻偏可通過(guò)外接電阻進(jìn)行編程。電源電壓范圍為2.4～3.6V，輸出功率為10dBm，電流消耗僅9mA。待機模式時(shí)的電源電流僅為10nA。采用FSK調制時(shí)的數據速率為50kbits/s。因此，該芯片適合于報警器、自動(dòng)讀表、家庭自動(dòng)化、遙控、無(wú)線(xiàn)數字通訊應用。

2 引腳功能和結構原理

nRF902采用SIOC-8封裝，各引腳功能如表1所列。

表1 nRF902的引腳功能

圖1所示是nRF902的內部結構，從圖中可以看出：該芯片內含頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等電路。

通過(guò)nRF902的天線(xiàn)輸出端可將平衡的射頻信號輸出到天線(xiàn)，該引腳同時(shí)必須通過(guò)直流通道連接到電源VDD，電源VDD可通過(guò)射頻扼流圈或者環(huán)路天線(xiàn)的中心接入。ANT1/ANT2輸出端之間的負載阻抗為200～700Ω。如果需要10dBm的輸出功率，則應使用400Ω的負載阻抗。

調制可以通過(guò)牽引晶振的電容來(lái)完成。要達到規定的頻偏，晶振的特性應滿(mǎn)足：并聯(lián)諧振頻率fp應等于發(fā)射中心頻率除以64，并聯(lián)等效電容Co應小于7pF，晶振等效串聯(lián)電阻ESR應小于60Ω，全部負載電容，包括印制板電容CL均應小于10pF。由于頻率調制是通過(guò)牽引晶振的負載（內部的變容二極管）完成的，而外接電阻R4將改變變容二極管的電壓，因此，改變R4的值可以改變頻偏。

將偏置電阻R2從REXT端連接到電源端VDD對可輸出功率進(jìn)行調節。nRF902的工作模式可通過(guò)表2所列方法進(jìn)行設置。

表2 nPF902的工作模式設置

在FSK模式時(shí)，調制數據將從DIN端輸入，這是nRF902的標準工作模式。

ASK調制可通過(guò)控制REXT端來(lái)實(shí)現。當R2連接到VDD時(shí)，芯片發(fā)射載波。當R2連接到地時(shí)，芯片內部的功率放大器關(guān)斷。這兩個(gè)狀態(tài)可用ASK系統中的邏輯“1”和邏輯“0”來(lái)表示。在A(yíng)SK模式，DIN端必須連接到VDD。

時(shí)鐘模式可應用于外接微控制器的情況，nRF902可以給微控制器提供時(shí)鐘。它可在XO8端輸出基準時(shí)鐘，XO8端輸出的時(shí)鐘信號頻率是晶振頻率的1/8。如晶振頻率為13.567MHz，則XO8輸出的時(shí)鐘信號頻率為1.695MHz。

在低功耗模式（睡眠模式），芯片的電流消耗僅10nA。在沒(méi)有數據發(fā)射時(shí)，芯片可工作在低功耗模式以延長(cháng)電池的使用時(shí)間。電路從低功耗模式轉換到發(fā)射模式需要5ms的時(shí)間，從時(shí)鐘模式轉換到發(fā)射模式需要50μs的時(shí)間。

圖2 nRF902的應用電路

3 應用電路設計

nRF902的應用電路如圖2所示。為了獲得好的射頻性能，印制板（PCB）的設計是非常重要的。推薦使用最少兩層的PCB板，其中包括一個(gè)接地板。設計時(shí)應使用高性能的射頻電容來(lái)緊密的靠近VDD端，以完成DC電源去耦。推薦采用大容量電容與一個(gè)小容量電容并聯(lián)在VDD與地之間的方法。電源電壓也應在濾波后，從電源分別發(fā)送到各數字電路。所有器件地、VDD連接、VDD旁路電容都必須盡可能的靠近nRF902芯片。PCB使用上層射頻接地板時(shí)，VSS端應直接連接到接地板。PCB使用底層接地板時(shí)，最好的方法是通過(guò)個(gè)通孔連接到VSS。數字信號和控制信號通道不能靠近晶振和XTAL端。筆者設計時(shí)的印制板使用雙面1.6mmFR-4板，底板層有連續的接地板，再加上元器件面的接地面積，因而確保了良好的接地。大量的通孔可以連接在元器件面的接地面到底板接地面上，而在天線(xiàn)底下不應有接地面。