基于RX5000/TX5000的無線收發(fā)電路
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摘要：RX5000和TX5000分別是RF Micro Devices公司專為小范圍單向無線通信設(shè)計(jì)生產(chǎn)的接收器和發(fā)射器芯片。它們體積小，功耗低，價(jià)格便宜，而且性能穩(wěn)定，使用方便。文中介紹了RX5000、TX5000的特點(diǎn)與功能，給出了以這兩種器件為核心設(shè)計(jì)的無線收發(fā)電路，并對(duì)其在足球機(jī)器人無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了說明。
關(guān)鍵詞：無線通信；RX5000；TX5000；足球機(jī)器人
ＲＸ系列和ＴＸ系列無線收發(fā)芯片是ＲＦ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｖｉｃｅｓ公司專門為小范圍單向無線通信設(shè)計(jì)的集成電路。該系列芯片具有體積小，功耗低，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而且性能穩(wěn)定，容易使用。芯片中集成了幾乎所有的無線通信功能。由于所需外設(shè)很少，因而電路設(shè)計(jì)簡單，是小范圍無線控制以及數(shù)據(jù)通信的理想選擇。本文介紹的ＲＸ５０００、ＴＸ５０００就是一組配套使用的無線收發(fā)芯片，以它們?yōu)楹诵倪M(jìn)行電路設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)完整的無線通信系統(tǒng)。當(dāng)然，兩個(gè)器件也可以單獨(dú)使用，可設(shè)計(jì)構(gòu)成獨(dú)立的無線接收器和發(fā)射器。
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ＲＸ５０００接收器和ＴＸ５０００發(fā)射器芯片的工作頻率均為４３３．９２ＭＨｚ，工作電壓為２．２～３．７Ｖ，工作溫度范圍為－５０～＋１００℃，它們支持高達(dá)１１５．２ｋｂｐｓ的數(shù)據(jù)傳輸率。
ＲＸ５０００、ＴＸ５０００均提供有休眠模式（Ｓｌｅｅｐ Ｍｏｄｅ），這使其在沒有數(shù)據(jù)通信的時(shí)候可以降低芯片的功耗。ＴＸ５０００有Ｏｎ－Ｏｆｆ Ｋｅｙｅｄ ?ＯＯＫ? 和 Ａｍｐｌｉ-ｔｕｄｅ－Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｅｄ?ＡＳＫ?兩種可選的工作模式。在ＯＯＫ工作模式中，信號(hào)輸出端以通斷脈沖來表示信號(hào)“１”和“０”；而在ＡＳＫ工作模式中，輸出信號(hào)則分別以高、低電平來表示信號(hào)“１”和“０”；休眠模式的信號(hào)端通常被置于高阻狀態(tài)。ＯＯＫ模式的功耗較低，但數(shù)據(jù)傳輸率也低（１０ｋｂｐｓ）；ＡＳＫ模式的功耗較高，但數(shù)據(jù)傳輸率也較高（１１５．２ｋｂｐｓ）。由于在ＡＳＫ模式時(shí)，信號(hào)可調(diào)幅，因此抗干擾能力也較強(qiáng)，所以大多數(shù)應(yīng)用都采取ＡＳＫ模式。工作模式的選擇可通過ＣＮＴＲＬ０和ＣＮＴＲＬ１引腳來設(shè)置。
一般情況，設(shè)計(jì)時(shí)都將ＲＸ５０００與ＴＸ５０００配套使用，但ＲＸ５０００應(yīng)選擇與ＴＸ５０００相同的工作模式。此時(shí)，ＲＸ５０００的ＣＮＴＲＬ０、ＣＮＴＲＬ１引腳僅用于工作模式與休眠模式的切換，而ＯＯＫ模式與ＡＳＫ模式的選擇則將對(duì)應(yīng)于不同的外圍電路。
本文著重介紹ＲＸ５０００、ＴＸ５０００的功能及應(yīng)用，而對(duì)其工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讀者可參考相關(guān)技術(shù)手冊(cè)[１][２]。
２ ＲＸ５０００和ＴＸ５０００的引腳功能
２．１ ＲＸ５０００引腳功能
ＲＸ５０００接收器芯片具有２０個(gè)引腳。圖１所示是其引腳排列圖，各引腳的具體功能如下：
ＧＮＤ１，ＧＮＤ２，ＧＮＤ３：參考接地端。
ＶＣＣ１，ＶＣＣ２：電源端，它們與地之間須接有旁路電容。
ＡＧＣＣＡＰ：自動(dòng)增益控制端，該引腳與地之間所接的電容可設(shè)定保持ＡＧＣ（自動(dòng)增益控制）的最小時(shí)間。該保持時(shí)間的設(shè)定可以避免ＡＧＣ發(fā)生顫動(dòng)。對(duì)于給定的保持時(shí)間ｔＡＧＨ（μｓ），接地電容ＣＡＧＣ?μＦ?的值可按下式計(jì)算：
ＣＡＧＣ＝１９．１ ｔＡＧＨ
但應(yīng)注意，ＡＧＣ的保持時(shí)間不應(yīng)太長，否則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)變慢而影響電路的靈敏性。
ＰＫＤＥＴ：峰值檢測控制端，該引腳與地之間所接的電容可設(shè)定峰值檢測器衰減倍數(shù)，若使其衰減率固定在１?１０００，對(duì)于給定的基帶電容ＣＢＢＯ來說，接地電容ＣＰＫＤ的值可按下式計(jì)算：
ＣＰＫＤ＝０．３３ＣＢＢ０(ｐＦ)
ＢＢＯＵＴ：基帶輸出端，該引腳通過一電容ＣＢＢＯ與ＣＭＰＩＮ相連可驅(qū)動(dòng)內(nèi)部數(shù)據(jù)限幅器。
ＣＭＰＩＮ：內(nèi)部數(shù)據(jù)限幅器輸入端。
ＲＸＤＡＴＡ：接收器數(shù)據(jù)輸出端，在休眠模式時(shí)，該引腳被置于高阻態(tài)。
ＮＣ：懸空。
ＬＰＦＡＤＪ：低通濾波器帶寬調(diào)整端，其帶寬可由該引腳的接地電阻ＲＬＰＦ來設(shè)置，它們之間具有如下關(guān)系式：
ＲＬＰＦ＝１４４５／ｆＬＰＦ(ｋＨｚ)(ｋΩ)
ＲＲＥＦ：外接參考電阻端，通常應(yīng)接一１００ｋΩ的電阻到地。
ＴＨＬＤ１：數(shù)據(jù)限幅器（ＤＳ１）閾值設(shè)置端，該引腳一般通過一電阻ＲＴＨ１與ＲＲＥＦ相連，其閾值與該電阻的阻值成正比。若將ＴＨＬＤ１與ＲＲＥＦ直接相連，則閾值為０；通過電阻相連時(shí)，如果ＴＨＬＤ２端懸空，則ＲＴＨ１的阻值范圍為０～１００ｋΩ，提供的ＴＨＬＤ１閾值范圍為０～９０ｍＶ?如果同時(shí)使用ＴＨＬＤ２端，則ＲＴＨ１的阻值范圍為０～２００ｋΩ，而其提供的ＴＨＬＤ１閾值范圍亦為０～９０ｍＶ。
ＴＨＬＤ２：數(shù)據(jù)限幅器（ＤＳ２）閾值設(shè)置端，該腳用法與ＴＨＬＤ１相同。ＲＴＨ２的阻值范圍為０～２００ｋΩ，提供的ＴＨＬＤ２閾值范圍為０～１２０ｍＶ。
ＰＲＡＴＥ：脈沖占空比調(diào)節(jié)端。
ＰＷＩＤＴＨ：脈沖寬度調(diào)節(jié)端。
ＣＮＴＲＬ１，ＣＮＴＲＬ０：芯片工作模式選擇端。當(dāng)ＣＮＴＲＬ１與ＣＮＴＲＬ０均為高電平時(shí)，選擇接收模式；兩者均為低電平時(shí)，選擇休眠模式（Ｓｌｅｅｐ Ｍｏｄｅ）。應(yīng)當(dāng)注意：這兩腳不能被空置。
ＲＦＩＯ：接收器無線信號(hào)輸入端，該端一般在使用時(shí)接天線。
２．２ ＴＸ５０００引腳功能
ＴＸ５０００引腳排列如圖２所示。其主要引腳的功能如下：
ＴＸＭＯＤ：發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端。
ＣＮＴＲＬ１，ＣＮＴＲＬ０：芯片工作模式選擇端。當(dāng)ＣＮＴＲＬ１為高而ＣＮＴＲＬ０為低時(shí)，為ＡＳＫ模式；而當(dāng)ＣＮＴＲＬ１為低且ＣＮＴＲＬ０高時(shí)，為ＯＯＫ模式；ＣＮＴＲＬ１和ＣＮＴＲＬ０均為低時(shí)，為休眠模式。
ＲＦＩＯ：無線信號(hào)輸出端，使用時(shí)接天線。
３ 無線收發(fā)電路
采用ＲＸ５０００和ＴＸ５０００設(shè)計(jì)的無線接收和發(fā)射電路分別如圖３、圖４所示，這兩個(gè)電路均被設(shè)置為ＡＳＫ模式。
４ 足球機(jī)器人無線通信應(yīng)用
實(shí)際上，上述無線收發(fā)電路可以方便地嵌入到各種測量和控制系統(tǒng)中，以用于儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)通信以及計(jì)算機(jī)遙控等。下面介紹ＲＸ５０００和ＴＸ５０００在足球機(jī)器人無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。
目前各參賽隊(duì)使用的機(jī)器人通信系統(tǒng)，大多采用的是Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｘ公司生產(chǎn)的具有收發(fā)功能的通訊模塊ＢＩＭ－４３３和ＢＩＭ－４１８，它們的工作頻率分別為４３３ＭＨｚ和４１８ＭＨｚ，工作電壓為２．７～６．２６Ｖ，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為４０ｋｂｐｓ，戶內(nèi)傳輸距離為３０米，戶外可達(dá)１２０米。由于足球機(jī)器人的通信系統(tǒng)只是單向系統(tǒng)（即主機(jī)→機(jī)器人），但在發(fā)射器和接收器上均采用具有收發(fā)功能的ＢＩＭ雙向通訊模塊，這實(shí)際上是一種浪費(fèi)，而且還增大了功耗，提高了設(shè)計(jì)和制造成本（每片ＢＩＭ通訊模塊的價(jià)格高達(dá)五六百元）。若采用本文介紹的無線收發(fā)電路，不僅可避免功能的浪費(fèi)，還可減少功耗，降低成本（每片ＲＸ５０００、ＴＸ５０００的價(jià)格不到一百元），而且數(shù)據(jù)傳輸率也比ＢＩＭ模塊高。雖然傳輸距離比ＢＩＭ小，但經(jīng)測試，在戶內(nèi)可達(dá)２０米，在戶外也可以達(dá)到１００米以上，完全可以滿足機(jī)器人足球比賽的要求。
本無線收發(fā)電路已應(yīng)用于某高校的足球機(jī)器人比賽系統(tǒng)，經(jīng)多次測試運(yùn)行，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果十分良好。
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