基于ATRFMHz～MHz微型發(fā)射器電路設計

1、 基于AT86RF401 456MHz264MHz微型發(fā)射器電路設計摘要 簡要介紹單片集成內(nèi)嵌AVR RISC微處理器的RF無線數(shù)據(jù)發(fā)射器AT86RF401的芯片簡介，芯片功能和引腳封裝、內(nèi)部結構與工作原理、引腳排列及典型的應用電路。 AT86RF401是單片集成內(nèi)嵌AVR RISC 微處理器的RF無線數(shù)據(jù)發(fā)射器，輸出頻率范圍為250450MHZ,最大輸出功率+6dBm，輸出功率可在36db內(nèi)可調(diào)，1db分辨率，發(fā)射率10kBaud(波特），基于PLL的頻率合成器，支持開關調(diào)制（OOK）。芯片內(nèi)嵌AVR RISC微處理器，僅需要1個晶體，1個鋰電池，3個電容，1個電感和諧環(huán)路天線，即可完成OO

2、K調(diào)制，實現(xiàn)無線FR數(shù)據(jù)發(fā)送。2kb的Flash程序存儲器，128字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器，128字節(jié)的SRAM,看門狗定時器及6個通用I/O，并具有在系統(tǒng)編程功能。AT86RF401工作電壓2.03.5V，待機電流0.10.5uA，發(fā)射電流17mA,20引腳TSSOP封裝，可用CR20332/CR201B LiMnO2電池供電。 關鍵字： 微型發(fā)射器 微控制器 晶體振蕩器 時鐘發(fā)生器 外部環(huán)路濾波器Abstract : briefed monolithic integrated AVR RISC microprocessor embedded RF wireless data trans

3、mittersAT86RF401 chips profile, function and pin-chip package, the internal structure and working principle, and pins with a typical application circuit. AT86RF401 single-chip integration is embedded AVR RISC microprocessor RF wireless data transmitter, output frequency range of 250 450 MHZ, the lar

4、gest output power +6 dBm, output power can be within 36 db adjustable, 1 db resolution, launch rate of 10 kBaud ( Porter), PLL-based Synthesis, support switch modulation (OOK). AVR RISC microprocessor chip embedded, only need a crystal, a lithium battery, three capacitors, inductors harmony a loop a

5、ntenna to complete the OOK modulation, wireless data sent FR. 2kb of Flash program memory, 128 bytes of EEPROM data memory, 128 bytes of SRAM, watchdog timer and six general I / O, and have in-system programming functions. AT86RF401 voltage 2.0 3.5 V, standby current 0.1 0.5 uA, emission current 17

6、mA, 20-pin TSSOP package, available CR20332/CR201B LiMnO2 battery-powered. available CR20332/CR201B LiMnO2 battery-powered. Keyword: Extermal loop filter Clock generator Crystal oscillator Microcontrolles Micro-Launchers目 錄1. AT86RF401芯片簡介-52. AT86RF401主要技術指標-53. AT86RF401芯片封裝和引腳功能-54. AT86RF401內(nèi)部結構

7、與工作原理 -1041 晶體振蕩器-1042 無線頻率功率放大器-1043 頻率合成器-1044 鎖存檢波器-1045 涉及的能帶器-1046 布朗輸出保護/低電探測-1147 布朗輸出保護-1148 低電探測-1149 位定時器-11410 傳送模式位定時器-11411 看門狗定時器-11412 一般定時計數(shù)位定時器-11413 接收模式位定時器-11414 發(fā)射器部分-12415 AVR微控制器結構部分 -12416位定時器-12417 AT86RF401 復位源有-135. AT86RF401應用電路設計-15 5.1典型應用電路原理圖-15 5.2 PCB圖-176 T5744 ASK

8、 450300 MHz接收器-17 6.1 T5744芯片簡介-17 6.2 T5744主要技術特點-17 6.3 T5744芯片的原理圖和PCB圖-187. 總結-198. 參考文獻-201 AT86RF401芯片簡介 AT86RF401是單片集成內(nèi)嵌AVR RISC 微處理器的RF無線數(shù)據(jù)發(fā)射器，輸出頻率范圍為250450MHZ,最大輸出功率+6dBm，輸出功率可在36db內(nèi)可調(diào)，1db分辨率，發(fā)射率10kBaud(波特），基于PLL的頻率合成器，支持開關調(diào)制（OOK）。芯片內(nèi)嵌AVR RISC微處理器，僅需要1個晶體，1個鋰電池，3個電容，1個電感和諧環(huán)路天線，即可完成OOK調(diào)制，實現(xiàn)無

9、線FR數(shù)據(jù)發(fā)送。2kb的Flash程序存儲器，128字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器，128字節(jié)的SRAM,看門狗定時器及6個通用I/O，并具有在系統(tǒng)編程功能。AT86RF401工作電壓2.03.5V，待機電流0.10.5uA，發(fā)射電流17mA,20引腳TSSOP封裝，可用CR20332/CR201B LiMnO2電池供電，可用ya于遙控無鍵入口（RKE)發(fā)射器，車庫門開門器，遙測（輪胎壓力，氺，電，氣表，貴重物品跟蹤），無線安防系統(tǒng)，無線電遙控等應用領域。2主要性能指標 AT86RF401的主要技術指標如表1所示 表1 AT86RF401的主要技術指標 參數(shù) 最小 典型 最大 單位 電源電壓 2

10、.0 3.5 V 待機電流 0.1 0.5 uA AVR激活 3.4 mA 頻率合成器 AVR激活 14.3 mA 發(fā)射狀態(tài) 23.2 mA 頻率范圍 264 456 MHZ 輸出功率 10 dBm 數(shù)據(jù)速率 10 Kb/s3 芯片封裝與引腳功能AT86RF401采用20引腳TSSOP封裝，如圖1所示，各引腳功能描述如表2所示 圖1 AT86RF401 的封裝形式 表2 AT86RF401的引腳功能描述標號引腳描述ANTB1 天線輸出環(huán)路濾波2外接VCO回路濾波器VVCO是VCO的控制電壓L13外接VCO電感 L24外接VCO電感RESETB5 SP復位輸入NC6空腳SDI/IO07SPI數(shù)據(jù)

11、輸入、輸入/輸出SDO/IO18SPI數(shù)據(jù)輸入、輸入/輸出SCK/IO29SPI數(shù)據(jù)輸入、輸入/輸出XTAL10晶振輸入XTALB/CLK11晶振/時鐘輸入IO312輸入/輸出3IO413輸入/輸出4IO514輸入/輸出5DGND15數(shù)字地AGND16模擬地DVDD17 數(shù)字電源AVDD18 模擬電源CFIL19外接數(shù)據(jù)率濾波器ANT20天線輸出4 內(nèi)部結構與工作原理AT86RF401 內(nèi)部結構如圖2所示，內(nèi)部結構框圖如圖3所示，包括一個完整的發(fā)射器電路和微控制器電路。 圖2 AT86RF401 主電路內(nèi)部結構主電路內(nèi)部結構各部件功能描述如下：41 晶體振蕩器 計晶振電路是用來與晶體一起在晶體

12、基本頻率1119MHZ工作。40pF內(nèi)部電容連接在晶振輸入各引腳與地之間。換句話說，一個外部時鐘可以用于這些功能。這個電路為主時鐘提供完整的芯片。一個可編程驅(qū)動用于提供AVR系統(tǒng)時鐘脈沖。42 無線頻率功率放大器 RF功率放大器從PLL輸出產(chǎn)生一個適合驅(qū)動脫離芯片已調(diào)諧環(huán)路天線的不同輸出。PLL輸出信號在傳送之前用開關進行調(diào)制。作為傳送數(shù)據(jù)串的RF載波頻率使用。放大器可以通過軟件設定來減少功率輸出36dB使輸出有力量 36 分貝。 (由于 1個分貝決議)43 頻率合成器 頻率合成器利用了一個由相位檢波器、a/24調(diào)節(jié)器、一個芯片內(nèi)環(huán)路濾波器和一個綜合控制振蕩器（VCO）組成的PLL。VCO輸出

13、比輸出放大器提前緩沖，輸出頻率是晶振頻率的24倍。為了彌補成分誤差，在VCO引腳3和4之間連接一個轉(zhuǎn)換電容列。電容的32獨立階段可用來調(diào)整VCO的控制電壓。一個內(nèi)部窗函數(shù)比較器監(jiān)控調(diào)諧電壓的大小，并被AVR核心用來決定最佳調(diào)整結構。44 鎖存檢波器 提供鎖相環(huán)狀態(tài)的暗示。鎖定條件由累計給定時間內(nèi)的周期來決定。許多記錄有利于調(diào)整鎖存檢波器的運行。這些包含了鎖定延遲和未鎖定延遲和周期累計器。45 涉及的能帶器 設備用一個1.2V的能帶涉及發(fā)生器來提供寬帶范圍內(nèi)的輸入電壓一致性，這個相關電壓貫穿了設備的始終。 46 布朗輸出保護/低電探測 布朗輸出保護和低電探測功能由涉及相關電壓，一取樣阻滯和一自動

14、歸零比較儀組成。電路的初始操作模式是布朗輸出保護。47 布朗輸出保護 當VDD值下降到最小保護電壓以下布朗輸出保護電路開始探測。設備的布朗輸出電壓一般為1.8V。如果布朗輸出發(fā)生，設備進入復位狀態(tài)，并將保持這種狀態(tài)直到下面的情況發(fā)生：1、 VDD數(shù)值在布朗輸出電壓的基礎上增加0.10.2V。這使設備進入一個熱啟動態(tài)。2、 VDD數(shù)值減少到0V，然后增至POR標準電壓以上。這使設備進入冷啟動操作模式，同插入電平相同。48 低電探測 低電探測特性允許程序員選擇一個可以產(chǎn)生報警的起始電壓VDD（1.52.7V）。比如，這個報警電壓可以用來激活I/O部分或改變傳送信息。另外，程序員可以選擇定義這個起始

15、的滯后。49 位定時器 AT86RF401包含的硬件幫助能更加方便地用來傳送數(shù)據(jù)。鍵控傳輸由邏輯同步，中斷發(fā)生在定時器需要數(shù)據(jù)或傳輸完成的時候。定時器提供編碼將中斷替換成片選。用片選代替中斷有利于提高位比率。而且，定時器可以在引腳I/O3用來安排脈沖到達的時間。這使AT86RF401用來對外部接收機芯片探測信號進行解碼。410 傳送模式位定時器 數(shù)據(jù)傳送至位定時器之前AVR進行位解碼。位定時由位定時計數(shù)器BTCNT和位定時控制寄存器BTCR中的2個最重要的位的計數(shù)值來控制。一般每個位時間是：Pxx=P×（計數(shù)值+1）每個時間間隔的Pxx是BTCNT和BTCR寄存器里的數(shù)值。P是PWR

16、_CTL寄存器設置的AVR時鐘周期。計數(shù)值=BTCR7:6, BTCNT7:0.關于傳送模式有2個中斷：1、傳送緩沖器空中斷：指向地址0x04，標志位0被設定，如果被激活，當定時器把BTCR里的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，這個中斷就發(fā)生。這個中斷服務程序應該加載下一個傳送位至BTCR的數(shù)據(jù)位。2、TXDONE中斷：這個向量指向地址0x02，標志位2被設定，如果被激活，當計數(shù)器清0而且緩沖器空，這個中斷就發(fā)生。說明傳送完成。這個中斷服務程序應關閉傳送器而且禁止位定時器使用模式位。4。11 接收模式位定時器 當接收模式有輸入，位定時器脈沖到達I/O引腳。當被激活，計數(shù)器從0開始計數(shù)且當邊沿發(fā)生的時候?qū)⒂嫈?shù)值賦BTC

17、NT寄存器。如果是上升沿，BTCR里的數(shù)據(jù)位被設定。如果是下降沿，BTCR里的數(shù)據(jù)位復位。這個模式用來很容易地對來自接收芯片的信號進行解碼。412 一般定時計數(shù)位定時器 位定時器可以作為一般定時器使用，但不允許用它來關閉傳送器。當指令時間結束，由計數(shù)值產(chǎn)生一個中斷。413 看門狗定時器 當激活看門狗定時器，其狀態(tài)不明。建議使用者在激活它之前執(zhí)行WDR指導。否則，設備將在第一個WDR之前在使能到達之后復位。為避免這種情況，可以在它喪失功能前執(zhí)行一個特殊的開關程序?？撮T狗定時器在復位前決定發(fā)生的系統(tǒng)時鐘脈沖個數(shù)。系統(tǒng)時鐘脈沖由AVR_CONFIG寄存器的位7:5決定。 圖3 AT86RF401 內(nèi)

18、部結構框圖4。14 發(fā)射器部分 晶體振蕩器的振蕩頻率范圍為620MHZ,為整個芯片提供主時鐘，并使用一個可編程的分頻器為AVR系統(tǒng)提供時鐘。PLL輸出信號經(jīng)RF功率放大器產(chǎn)生一個適合驅(qū)動在內(nèi)調(diào)諧回路天線的差動輸出（即RF發(fā)射）。PLL輸出信號在發(fā)射前被選通（導通-截止ASK)或被調(diào)幅。使用RF載波發(fā)射數(shù)據(jù)流。RF功率放大器輸出功率能夠使用軟件調(diào)節(jié)。4。15 AVR微控制器結構部分 I/O和控制寄存器：I/O空間地址和功能如表3所示。AT86RF401的I/O和外圍器件是被放置在I/O空間內(nèi)。各I/O存儲單元利用輸入和輸出指令在32個通用工作寄存器和I/O空間之間傳送數(shù)據(jù)。地址范圍在$00$1F

19、內(nèi)的I/O寄存器使用SBI和CBI指令，課直接進行存取。在這些寄存器中的每位數(shù)值都能夠使用SBIC和SBIC指令檢驗。 AVR狀態(tài)寄存器SREG有8位。它包括：總中斷使能，位復制存儲，半進位標志，符號位，溢出標志，負數(shù)標志，零標志和進位標志?？勺x可寫，初始值為00H。復位和中斷處理必須設置SREG中斷控制位使能。 416 位定時器 對于位定時器，AT86RF401使用2個中斷。這些中斷和復位在程序存儲器空間有各自的編程向量。復位和中斷向量如表4所示。 表3 AT86RF401 I/O空間地址和功能地址名稱功能地址名稱功能$3FSREG狀態(tài)寄存器$1EDEEAR數(shù)據(jù)EEPROM地址寄存器$3ES

20、PH堆棧指針器高位寄存器$1DDEEDR數(shù)據(jù)EEPROM數(shù)據(jù)寄存器$3DSPL堆棧指針器高位寄存器$1CDEECR數(shù)據(jù)EEPROM控制寄存器$35B_CONFIG低電池組態(tài)寄存器$17TXCR7發(fā)射組態(tài)寄存器7$34B_DET按鍵檢測寄存器$16TXCR6發(fā)射組態(tài)寄存器6$33PWR_CTL功率控制寄存器$15TXCR5發(fā)射組態(tài)寄存器5$32IO_DATINI/ODATA輸入寄存器$14TXCR4發(fā)射組態(tài)寄存器4$31I_DATOUTI/ODATA輸出寄存器$13TXCR3發(fā)射組態(tài)寄存器3$30IO_ENABI/O使能寄存器$12CTL0發(fā)射組態(tài)寄存器$22WDTCR看門狗定時控制寄存器$11

21、TXCR2發(fā)射組態(tài)寄存器2$21BTCR位定時控制寄存器$10TXCR1發(fā)射組態(tài)寄存器1$20BTCNT位定時控制寄存器 表4 AT86RF401 復位和中斷向量向量編號編程地址源中斷定義1$000復位 看門狗 按鍵硬件端 看門狗或按鍵復位2$002位定時器位定時器標志2中斷4$004IO3位定時器標志0中斷5$006TBD未使用對于復位和中斷處理最典型和通用程序設計是;地址表 編碼 注釋$000 jmp RESET ;復位處理$002 jmp BT_F2_ISR ;位定時器2中斷服務程序$004 jmp BT_F0_ISR ；位定時器0中斷服務程序$005 MAIN:<instr>

22、;XXXX ；主程序開始417 AT86RF401 復位源有：上電復位，當電源電壓加到VDD和GND端時，AT86RF401 復位。外復位，當邏輯低電平加在RESETB端時，AT86RF401 復位。外復位可使所有的I/O寄存器和通道進入SPI模式。在2個AVR系統(tǒng)時鐘脈沖后，I/O寄存器可通過SPI接口讀和寫?？撮T狗復位，類似上電復位，由看門狗定時器引起。按鍵復位（軟件復位）是由軟件設置的專門復位，在按鍵復位時大多數(shù)的I/O寄存器不被復位。電壓下降復位，當電池電壓低于設定值時，產(chǎn)生復位。在上電復位和看門狗復位時，所有I/O寄存器是被設置在初始狀態(tài)。程序開始執(zhí)行的地址$000。設置在$000單

23、元指令必須是RJMP或JMP轉(zhuǎn)向復位處理程序。存儲器編程：AT86RF401 MCU提供2個程序存儲器編程允許/編程不允許鎖定位。鎖定位保護模式如表5所示。AT86RF401 提供2K字節(jié)(byte)的可反復編程的Flash程序存儲器和1K位（byte）的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器。存儲器可通過串行SPI接口編程。當RESETB端接地時，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器可使用串行SPI總線編程。串行接口由SCK 、SDI(輸入）和SDO(輸出）組成。在RESETB端被設置為低后，及在編程/擦除操作執(zhí)行前，首先必須編程使能指令。 表5 AT86RF401鎖定位保護模式編程鎖定位保護類型模式LB1LB2111無

24、編程鎖定<可編程>201EEPROM不可編程300EEPROM不可編程也不可校驗AT86RF401 包括一個128字節(jié)（byte）EEPROM.這個存儲器利用I/O存儲器中的3個寄存器DEECR、DEEDR、DEEAR存取。串行編程和校驗電路圖如圖4所示，串行編程的波形如圖5所示。當寫數(shù)據(jù)到AT86RF401 時，數(shù)據(jù)在CLK的上沿被選通。當從AT86RF401 讀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在CLK的下沿被選通。 圖4 AT86RF401 串行編程和校驗電路圖 圖5 AT86RFA401 串行編程波形時序圖 5 AT86RF401 應用電路設計 典型的應用電路如圖6所示，PCB板如圖8所示。圖中

25、芯片工作頻率為315MHz，如需工作在433.92MHz，則電路中元件參數(shù)R1為9.1K，C5為6.5pF, C4為120pF, Y1為18.08MHz。發(fā)射天線課印制在PCB上。 典型的應用電路如圖6 （1）晶振頻率將射頻操作頻率除以24便可很容易地實現(xiàn)晶振頻率的選擇。這是必須的以便VCO 頻率能與涉及的晶振頻率相匹配，F(xiàn)REF。VCO輸出將是晶振頻率的24倍，也是RF的載波頻率。（2）VCO感應器VCO感應器（L1）的值可以從曲線圖7中獲得。用來產(chǎn)生圖表中曲線的數(shù)據(jù)很自然地就生成了，并且基于一個典型的能在室溫下操作補給電壓為3V的裝置。在估計了VCO感應器的值以后，必須選擇一個標準的感應器

26、值。 RF頻率（MHZ）圖7. VCO 感應相對射頻頻率 感應器的值不是絕對的，因為AT86RF401包含了一個可設定地址的、能提供VCO箱電路微調(diào)的內(nèi)部開關電容行列。（3）同步邏輯環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器的外部部件管理其動態(tài)響應并滿足古典理論，因此，環(huán)路濾波器的固定公式可以直接使用。一般地，當濾波器響應的阻尼比0.6時可以得到滿意的操作。計算PLL環(huán)路濾波器元件的關鍵在于與其定義相關的參數(shù)：FA = 相關頻率的精確度 ；典型為10KHZFREF=相關頻率 ； 用晶振頻率（Y1）TL =鎖定時間 ；典型地100us D=衰減因數(shù)；典型地從0.707開始KVCO = VCO 的增益常數(shù)；從圖三中的曲

27、線可得ICP=電荷泵電流，使用100uANPLL=PLL反饋環(huán)路分頻器，被固定設計在24分頻FNAT=PLL的自然頻率圖8 PCB板6. T5744 ASK 450300 MHz接收器6.1 T5744芯片簡介 T5744接收器與AT86RF401發(fā)射器相匹配使用，T5744接收器在數(shù)據(jù)速率10KHz下有高靈敏度，有一個集成的接收信號強度指示器（RSSI）輸出，能確定接收信號的強度。它的結構支持所有的調(diào)制方案，包括Manchester,雙相和大多數(shù)的脈寬調(diào)制（PWM）協(xié)議。T5744是一款單片PLL接收機器件。它是為滿足低數(shù)據(jù)率、低成本RF數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)要求而開發(fā)出來的。T5744主要應用在無線

28、電遙測、保安技術和無鍵輸入系統(tǒng)等領域。6.2 主要技術特點如下：·除天線適配電路外，只需很少外圍電路，PCB板上沒有其他RF元件；·編碼方式為曼切斯特或雙相位方式；·完全集成VC0；·電源電壓為4.55.5 V；·數(shù)據(jù)傳輸速率為l10 Kbs；·工作頻率為300450 MHz；·單端RF輸入，容易與4天線或PCB板的印制天線相適配；·ASK調(diào)制解調(diào)方式；·通過RSSl指示信號強度；·有工作和睡眠模式選擇；·符合美軍標MIL-STD883 ESD保護(4KV HBM)；·在中頻

29、放大器結構中使用SAW前端濾波器，有非常高的鏡像抑制特性；·利用微控制器C可以實現(xiàn)電源管理。6.3 T5744芯片的原理圖如圖9所示，PCB圖如圖10 所示 圖9 T5744工作在433MHZ用SAW濾波器的工作電路 圖10 T5744 PCB7 總結 隨著兩周的時間結束，這次的課程設計也宣告結束了，這次是本學期第二次課程設計，整體感覺不像第一次那樣不知所措，那么的盲目，無從著手，知道自己要怎么做，有點輕車熟路的感覺，但是并不代表什么問題都沒有，還是遇到了不少困難，遇到問題解決問題從中也學到了不少東西。即復習了以前的知識，加以鞏固，又提高了我的動手能力和思維能力，尤其是專業(yè)英語知識。其實這次查找資料也遇到了不少問題，首先網(wǎng)上的資料并不像我們想想的那么多，簡直是少的可憐