基于TH71101的FSK/ASK數字接收電路設計

基于TH71101的FSK/ASK數字接收電路設計

摘要：TH71101是一個單片射頻接收器芯片，工作在300～450MHz ISM頻段；片內包含低噪聲放大器、雙混頻器、壓控振蕩器、PLL合成器、晶體振蕩器等電路，能接收模擬和數字FSK/FM/ASK信號。文中給出了TH71101的結構、原理、特性及應用電路。

    關鍵詞：無線接收 FSK ASK 頻率合成器 TH71101

1 概述

TH71101是雙超外差式結構的無線電接收芯片，工作在300～450MHz ISM頻段，能與TH7107等芯片配套，實現ISM頻段無線模擬和數字信號傳輸；內部包含一個低噪聲放大器、雙混頻器、壓控振蕩器、PLL合成器、晶體振蕩器等電路。能接收模擬和數字FSK/FM/ASK信號。FSK數據速率可達40kb/s，ASK數據速率達80kb/s，FM帶寬15kHz；靈敏度111dBm。電源電壓2.5～5.5V,工作電流8.2mA，待機電流<100nA。適用于ISM（工業、科學和醫學）頻率范圍內的各種應用，如數據通信系統、無鑰匙進入系統、遙控遙測系統、安防系統等。
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2 芯片封裝與引腳功能

TH71101采用LQFP32封裝，各引腳功能如表1所列。

表1 TH71101引腳功能

引腳號 符  號

功       能

1 VEE 地 2 GAIN-LNA 低噪聲放大器（LNA）增益控制 3 OUT-LNA LNA輸出，連接到外接的LC調諧回路 4 IN-MIX1 混頻器1（MIX1）輸入，單端阻抗約33Ω 5 VEE 地 6 IF1P 中頻1（IF1）集電極開路輸出 7 IF1N 中頻1（IF1）集電極開路輸出 8 VCC 電源輸入 9 OUT-MIX2 混頻器2（MIX2）輸出，輸出阻抗約330Ω 10 VEE 地 11 IFA 中頻放大器（IFA）輸入，輸入阻抗約2.2kΩ 12 FBC1 連接外接的中頻放大器反饋電容 13 FBC2 連接外接的中頻放大器反饋電容 14 VCC 電源輸入 15 OUT-IFA 中頻放大器輸出 16 IN-DEM 解調器（DEMOD）輸入 17 VCC 電源輸入 18 OUT-OA 運算放大器（OA）輸出 19 OAN 運算放大器（OA）負極輸入 20 OAP 運算放大器（OA）正極輸入 21 RSSI RSSI輸出，輸出阻抗約36kΩ 22 VEE 地 23 OUTP FSK/FM正輸出，輸出阻抗100300kΩ 24 OUTN FSK/FM負輸出，輸出阻抗100300kΩ 25 VEE 地 26 RO 基準振蕩器輸入，外接晶體振蕩器和電容 27 VCC 電源輸入 28 ENRX 模式控制輸入 29 LF 充電泵輸出和壓控振蕩器1（VCO1）控制輸入 30 VEE 地 31 IN-LNA LNA輸入，單端阻抗約26Ω 32 VCC 電源輸入

3 芯片內部結構與工作原理

TH71101內部結構框圖如圖1所示。芯片內包含低噪聲放大器（LNA）、兩級混頻器（MIX1、MIX2）、鎖相環合成器（PLL Synthesizer）、基準晶體振蕩器（RO）、充電泵（CP）、中頻放大器（IFA）、相頻檢波器（PFD）等電路。

LNA是一個高靈敏度接收射頻信號的共發、共基放大器。混頻器1（MIX1）將射頻信號下變頻到中頻1（IF1），混頻器2（MIX2）將中頻信號1下變頻到中斷信號2（IF2），中頻放大器（IFA）放大中頻信號2和限幅中頻信號并產生RSSI信號。相位重合解調器和混頻器3解調中頻信號。運算放大器（OA）進行數據限幅、濾波和ASK檢測。鎖相環合成器由壓控振蕩器（VCO1）、反饋式分頻器（DIV16和DIV2）、基準晶體振蕩器（RO）、相頻檢波器（PFD）、充電泵（CP）等電路組成，產生第1級和第2級本振信號LO1和LO2。

圖2 FSK接收電路圖

    使用TH71101接收器芯片可以組成不同的電路結構，以滿足不同的需求。對于FSK/FM接收，在相位重合解調器中使用IF諧振回路。諧振回路可由陶瓷諧振器或者LC諧振回路組成。對于ASK結構，RSSI信號饋送到ASK檢波器，ASK檢波器由OA組成。

圖3 ASK接收電路

    TH71101采用兩級下變頻。MIX1和MIX2由芯片內部的本振信號LO1和LO2驅動，與射頻前端濾波器共同實現一個高的鏡像抑制，如表2和表3所列。有效的射頻前端濾波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC濾波器，在LNA的輸出使用LC濾波器。

表2 基準頻率fREF、本振頻率fL0、中頻fIF與FRF鏡像抑制關系

注入類型 低  端 高  端 fREF （fRF-fIF）/16 fRF+fIF/16 fLO 16·fREF 16·fREF fIF fRF-fLO fLO-fRF fRF image fRF-2fIF fRF+2fIF

表3 在fIF=10.7MHz時，基準頻率fREF、本振頻率fL0與fRF鏡像抑制的關系

參  數 fRF=315MHz fRF=315MHz fRF=433.6MHz fRF=433.6MHz 低 高 低 高 fREF/MHz 19.01875 20.35625 26.43125 27.76875 fLO/MHz 304.3 325.7 422.9 444.3 fRF image/MHz 293.6 336.4 412.2 455.0

4 應用電路設計

基于TH71101的FSK和ASK應用電路如圖2、3所示。TH71101與單片機的接口電路如圖4所示。

ENRX=“0”時，接收模塊進入待機狀態，ENRX=“1”時，接收模塊進入接收狀態。TH71101解調輸出數據經RXD進入單片機，數據格式和數據速率由用戶根據需要確定。應注意的是：FSK數據速率不能超過40kb/s，ASK數據速率不能超過80kb/s。

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