高精度低功耗CMOS射頻接收芯片的研究與應用

黃穎華 王宇星 曹薇薇 張定心

摘? 要：隨著當今無線通信技術的迅猛發展和市場需要的不斷增長、高性能、低功耗、低成本的多功能小型化接收模塊應用廣泛。該文研究了一款在300～440MHz的頻率范圍，帶有ASK/OOK（開關鍵控）的單晶片射頻接收集成電路設備。這分析其功能特點的基礎上，設計了一款野營燈收發模塊，并結合單片機的應用實現了信號的有效傳輸。

關鍵詞：無線通信? 接收芯片? 信號傳輸

Abstract： With the rapid development of wireless communication technology and the increasing market demand， the multi-function miniaturized receiver module with high performance， low power consumption and low cost is widely used.This paper studies a single chip RF receiver IC device with ASK/OOK （open key control） in the frequency range from 300～440MHz.Based on the analysis of its functional characteristics， a camping lamp transceiver module is designed， and combined with the application of single-chip microcomputer to achieve effective signal transmission.

Key Words： Wireless communication; The receiver; The signal transmission

隨著無線通信應用的持續發展和移動產品的普及，射頻接收集成前端的性能對無線通信的質量有著決定性作用，而低噪聲、低功耗設計成為業界共同關注的重要課題[1-2]，高性能、低成本、小型化的射頻接收電路有著重要的研究價值[3-4]。因此該文在通過對XX1086單晶片射頻接收集成電路功能分析的基礎上，完成了一塊野營燈收發模塊的設計。

1? XX1086芯片簡介

XX1086是一款“從天線接收到數據輸出”的單片電路。300～440MHz的頻率范圍，是一個ASK/OOK（開關鍵控）的單晶片射頻接收集成電路設備。所有的射頻和中頻的調諧都在集成電路里完成，這樣可以無須手動調整并且降低成本，實現了一個高度可靠且低成本的解決方案。XX1086是一個采用16引腳封裝且功能齊全的芯片，XX1086A/B/C/DL采用了8引腳封裝，功能稍有減少。引腳排列如圖1所示。

XX1086提供了兩種附加的功能：（1）一個關閉引腳，在任務周期操作時可以用來關閉設備;（2）一個喚醒輸出引腳，當接收到射頻信號時，它可以提供一個輸出標記。這些特點使得XX1086可以用在低功耗的應用上，比如RKE和遠程控制。

XX1086上提供了所有的中頻濾波和數據解調濾波器，不需要外部的濾波器了。4個解調濾波器的帶寬可以由用戶從外部控制。

XX1086提供了兩種工作模式：固定模式（FIX）和掃描模式）（SWP）。在固定模式中，XX1086用作傳統的超外差接收器。在掃描模式下，XX1086在一個較寬的射頻范圍內進行掃描。固定模式提供了更有選擇性和針對性的工作模式，并且使得XX1086可以與低成本，精確度較低的發射器一起使用。圖2為芯片在兩種不同頻率下的應用電路圖，該芯片主要特點有以下幾方面。

（1）接受靈敏度高：-108dBm;

（2）數據傳輸速率達10kbps（固定模式）;

（3）低功耗設計，關閉時的電流為0.9μA;

（4）掃描操作時（10∶1任務周期操作）;

（5）喚醒輸出標記用來啟動解碼器和微處理器;

（6）天線處的射頻輻射非常低;

（7）集成度高，外部器件需求少。

2? 野營燈收發模塊設計

在Altium Designer軟件中繪制電路原理圖和PCB布圖，如圖3和圖4所示。正確焊接各個元器件，焊好后進行天線選擇433MHz選用17cm天線，315MHz選用12cm天線。綜合調試后最終使系統達到最佳的工作狀態。

基本設計步驟如下。

（1）選擇工作模式。應用精確設置的發射頻率，射頻的帶寬比較窄，這樣使得接收器受干擾型號的影響不大。通過使SWEM接地來選擇固定模式。

（2）選擇參考晶振。所有對XX1086的調時和調優操作都源于內部的電容三點式參考晶振。調時和調優操作可以通過REFOSC引腳進行操作。具體的參考頻率與系統的發射頻率和通過SWEN引腳設置的接收器操作模式相關。

（3）選擇CTH電容。通過使用外部的閾值電容CTH和片上選擇電容RSC，提取解調后信號的直流值用來對邏輯數據比較。比較水平的時間常數值會由于解碼器的類型，數據速率而有所不同，然而典型的值一般為5～50ms。優化的CTH值可以使其達到最大的范圍。

（4）選擇CAGC電容。信號路徑上有AGC（自動增益控制）來增加輸入的動態范圍。AGC的攻擊時間常數由外部的鏈接到CAGC引腳的CAGC電容來確定。為了最大化系統的范圍，保持AGC控制脈沖電壓較低是十分重要的，一旦控制電壓已經達到了他們的靜止值，可以低于10mVPP。

（5）選擇數據調解濾波器的帶寬。輸入SEL0和SEL1可以控制解調器的帶寬，一共有4個二進制步驟（掃描模式下625～5000Hz，固定模式下1250～10000Hz）。對于不同的應用要選擇不同的帶寬。濾波器的帶寬與頻率呈線性關系，這依賴于工作頻率。

為了使測試效果更直觀地體現出來，加裝了單片機和演示燈，如果接收芯片能夠有效傳輸信號，則單片機可以識別并控制演示燈的開關，從而驗證信道的暢通和傳輸正確。PCB布板注意點是由于信號輸入ANT端的信號幅值太小，外圍選頻網絡在原則上要求最大限度地靠近芯片二腳ANT端，防止干擾擴大。

3? 結語

該文對無線通信核心部分的接收機電路系統進行研究，分析了一款單晶片射頻接收集成電路功能和原理，在此基礎上完成了一塊野營燈收發模塊的設計。

參考文獻

[1] 梁源.無線通信射頻接收系統研究[J].電子測試，2019（9）：74-75.

[2] 顧寶良.通信電子線路[M].北京：電子工業出版社，2001.

[3] 方磊，陳邦媛.級聯型低噪聲放大器設計和優化的研究[J].電路與系統學報，2003，8（4）：58-62.

[4] 李輝，宋詩.基于ARM和nRF24L01的無線數據傳輸系統[J].國外電子元器件，2008（12）：44-46.