基于TDA5235的車身控制器射頻接收模塊的硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試

裴靜，湯自寧，汪春華，吳瑾

（中國汽車技術(shù)研究中心 汽車工程研究院，天津 300000）

引言

隨著汽車時(shí)代的到來，汽車無線通信技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用[1]。TPMS已作為國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，為人們駕車過程中提供安全保障。這些應(yīng)用的工作頻段大多是315MHz和433MHz，除此之外，無線通信也已進(jìn)到各行各業(yè)，安防、玩具等，目前市面上無線遙控產(chǎn)品也大多是工作在這兩個(gè)頻段[2]，因此，這兩個(gè)頻段的干擾源也比較多，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)來減少干擾，提高靈敏度。

英飛凌車規(guī)級(jí)芯片 TDA5235射頻接收芯片，滿足多頻段，多調(diào)制方式，設(shè)計(jì)簡單，易于調(diào)試，接收靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，成本低，可以很好的滿足汽車鑰匙以及胎壓監(jiān)測的需求。

1 TDA5235接收芯片介紹

TDA5235是英飛凌公司推出的一款高靈敏度、低功耗ASK/FSK接收器，滿足多頻段，這款無線接收器主要應(yīng)用在遙控車門開關(guān)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程啟動(dòng)應(yīng)用程序，胎壓監(jiān)測，短距離無線數(shù)據(jù)傳輸，無線報(bào)警系統(tǒng)等方面。

TDA5235芯片內(nèi)置低噪聲放大器（LNA），雙平衡混合器、壓控振蕩器（VCO），鎖相環(huán)（PLL），晶振，限幅器，鎖相環(huán) FSK解調(diào)器（PLL FSK Demodulator），數(shù)字濾波器（Data Filter），數(shù)字限幅器（Data Slicer），峰值檢波器（Peak Detector）等電路，同時(shí)，它還具有自動(dòng)休眠功能，可減少電池消耗，芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

總結(jié)來說，該芯片具有以下特性[3]：

（1）滿足多波段（315MHz、434MHz、868MHz和915MHz）；

（2）一個(gè)晶體頻率用于所有支持的頻段；

（3）低功耗（關(guān)機(jī)時(shí)0.8uA，運(yùn)行模式12mA）；

（4）數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)112kchip/s；

（5）自主接收模式可減少主機(jī)處理器的噪音；

（6）RSSI(Received Signal Strength Indication)峰值探測器；

（7）極高靈敏度：FSK典型值-118dBm，ASK-116dBm；

（8）NRZ數(shù)據(jù)預(yù)處理能力；

（9）ASK/FSK兩種調(diào)制模式；

（10）多個(gè)嵌入式解碼和解調(diào)機(jī)制；

（11）UFFB模式無數(shù)據(jù)可用時(shí)，降低接收器活動(dòng)時(shí)間；

（12）內(nèi)部集成IF濾波器，也可支持外部CER濾波器；

（13）芯片內(nèi)置溫度傳感器；

（14）工作溫度范圍-40～+105℃；

（15）集成四線SPI接口總線

（16）供電電壓范圍：3.0V～3.6V或4.5V～5.5V；

（17）所有引腳上加+/-2KV ESD保護(hù)；

（18）PG-TSSOP-28封裝。

圖1 TDA5235內(nèi)部框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

下圖 2為射頻接收模塊的硬件原理圖設(shè)計(jì)，主芯片TDA5235的外圍電路主要有中頻濾波器、晶振、匹配電路，以及一些輔助電路。由C110、C111、C112組成的濾波網(wǎng)絡(luò)對天線端的進(jìn)行匹配，由C109、L3組成的濾波網(wǎng)絡(luò)對芯片端進(jìn)行匹配，天線接收到的無線信號(hào)經(jīng)過第一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)過一個(gè)中心頻率為433.92MHz的帶通濾波器，進(jìn)入到第二個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)到達(dá)芯片23腳，經(jīng)過芯片內(nèi)部的LNA(低噪聲放大器)放大后，進(jìn)入到MI引腳與VCO產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行混頻，將高頻信號(hào)中的數(shù)據(jù)信號(hào)分離出來，然后經(jīng)過一個(gè)10.7MHz的陶瓷中頻濾波器，再經(jīng)過內(nèi)部限幅器，最后信號(hào)被一個(gè)比較器分離，產(chǎn)生最終的數(shù)據(jù)電平信號(hào)[4]。

圖2 射頻接收模塊設(shè)計(jì)原理圖

3 軟硬件調(diào)試

在接收模塊設(shè)計(jì)完成之后，需要匹配的電路有兩個(gè)部分，天線端濾波網(wǎng)絡(luò)和芯片端濾波網(wǎng)絡(luò)，濾波網(wǎng)絡(luò)匹配的好壞直接影響接收模塊的接收靈敏度，我們要滿足裝車后RKE接收距離達(dá)到30米，RKE調(diào)制模式為FSK，信號(hào)頻率為434.42 MHz±72KHz，TPMS調(diào)制模式為FSK，信號(hào)頻率為433.92 MHz，需要檢測輪胎的溫度、壓強(qiáng)等信息[5]。

圖3 天線阻抗匹配仿真結(jié)果

用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試 PCB板制天線的阻抗大約為（19+j81）Ohm，要將天線的阻抗值通過匹配網(wǎng)絡(luò)匹配到50Ohm。以天線阻抗值為起始點(diǎn)，對PCB天線采用L型匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配，先對阻抗匹配結(jié)果進(jìn)行簡單仿真，如下圖 3所示。最后經(jīng)過調(diào)試確定串聯(lián)電容值 3.6pF和并聯(lián)電感值18nH。

圖4 TDA5235輸入阻抗匹配仿真結(jié)果

同樣過程對芯片 LNA輸入進(jìn)行阻抗匹配，最終采用 T型匹配網(wǎng)絡(luò)將LNA輸入阻抗匹配到50Ohm，如圖4所示是仿真的芯片輸入阻抗匹配結(jié)果圖，最終元件值需實(shí)際調(diào)試后確定。

接收天線采用PCB印制天線，相對于立體支架天線，既能降低成本，又能減小空間體積。天線寬度設(shè)計(jì)為2mm，長度為112mm，為了避免天線受到磨損影響性能，將天線印制在PCB內(nèi)層。PCB采用四層板，中間介質(zhì)層為介電常數(shù)4.4的FR4介質(zhì)板，該方案的實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 接收電路PCB

4 結(jié)論

整個(gè)TDA5235方案外部器件數(shù)量少，PCB布局所占空間較小，因此降低了成本，縮小了控制器尺寸。對該方案進(jìn)行了臺(tái)架、裝車、EMC和環(huán)境性能驗(yàn)證，滿足產(chǎn)品配套要求。測試結(jié)果表明，該方案具有抗擾能力強(qiáng)，靈敏度高，低功耗，低成本，應(yīng)用靈活等優(yōu)良特性。