nRF902的868MHz无线数字发射电路设计的文章.doc

无线通信:nRF902的868MHz无线数字发射电路设计的文章 [ ?来源：唐 冬 黄智伟 吕明霞 | 更新日期:2008-04-03 | 原作者: 飓风 | 人气:14 ] 　 摘要：nRF902是一个单片射频发射芯片，它内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路，能够发送数字信号。nRF902采用FSK调制，可工作在868MHzISM频段。文中给出了nRF902结构、原理、特性及应用电路。 无线发射 FSK 射频发射器 nRF902 1 概述 nRF902是一个单片发射器芯片，工作频率范围为862～870MHzISM频带。该发射器由完全集成频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成。由于nRF902使用了晶体振荡器和稳定频率合成器，因此，频率漂移很低，完全比得上基于SAW谐振器解决方案。nRF902输出功率和频偏可通过外接电阻进行编程。电源电压范围为2.4～3.6V，输出功率为10dBm，电流消耗仅9mA。待机模式时电源电流仅为10nA。采用FSK调制时数据速率为50kbits/s。因此，该芯片适合于报警器、自动读表、家庭自动化、遥控、无线数字通讯应用。 2 引脚功能和结构原理 nRF902采用SIOC-8封装，各引脚功能如表1所列。表1 nRF902引脚功能 引脚端 符 号 功 能 1 XTAL 晶振连接端/PWR-UP控制 2 REXT 功率调节/时钟模式/ASK调制器字输入 3 XO8 基准时钟输出（时钟频率1/8） 4 VDD 电源电压（ 3V） 5 DIN 数字数据输入 6 ANT2 天线端 7 ANT1 天线端 8 VSS 接地端（0V） 图1所示是nRF902内部结构，从图中可以看出：该芯片内含频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等电路。 通过nRF902天线输出端可将平衡射频信号输出到天线，该引脚同时必须通过直流通道连接到电源VDD，电源VDD可通过射频扼流圈或者环路天线中心接入。ANT1/ANT2输出端之间负载阻抗为200～700Ω。如果需要10dBm输出功率，则应使用400Ω负载阻抗。PCbfans.cn提示请看下图:调制可以通过牵引晶振电容来完成。要达到规定频偏，晶振特性应满足：并联谐振频率fp应等于发射中心频率除以64，并联等效电容Co应小于7pF，晶振等效串联电阻ESR应小于60Ω，全部负载电容，包括印制板电容CL均应小于10pF。由于频率调制是通过牵引晶振负载（内部变容二极管）完成，而外接电阻R4将改变变容二极管电压，因此，改变R4值可以改变频偏。 将偏置电阻R2从REXT端连接到电源端VDD对可输出功率进行调节。nRF902工作模式可通过表2所列方法进行设置。表2 nPF902工作模式设置 引 脚工作模式 XTAL REXT XO8 DIN 低功耗模式（睡眠模式） GND - - - 时钟模式 VDD GND VDD - ASK模式 VDD ASK数据 VDD或者GND VDD FSK模式 VDD VDD VDD或者GND FSK数据 在FSK模式时，调制数据将从DIN端输入，这是nRF902标准工作模式。 ASK调制可通过控制REXT端来实现。当R2连接到VDD时，芯片发射载波。当R2连接到地时，芯片内部功率放大器关断。这两个状态可用ASK系统中逻辑“1”和逻辑“0”来表示。在ASK模式，DIN端必须连接到VDD。 时钟模式可应用于外接微控制器情况，nRF902可以给微控制器提供时钟。它可在XO8端输出基准时钟，XO8端输出时钟信号频率是晶振频率1/8。如晶振频率为13.567MHz，则XO8输出时钟信号频率为1.695MHz。 在低功耗模式（睡眠模式），芯片电流消耗仅10nA。在没有数据发射时，芯片可工作在低功耗模式以延长电池使用时间。电路从低功耗模式转换到发射模式需要5ms时间，从时钟模式转换到发射模式需要50μs时间。图2 nRF902应用电路3 应用电路设计 nRF902应用电路如图2所示。为了获得好射频性能，印制板（PCB）设计是非常重要。推荐使用最少两层PCB板，其中包括一个接地板。设计时应使用高性能射频电容来紧密靠近VDD端，以完成DC电源去耦。推荐采用大容量电容与一个小容量电容并联在VDD与地之间方法。电源电压也应在滤波后，从电源分别发送到各数字电路。所有器件地、VDD连接、VDD旁路电容都必须尽可能靠近nRF902芯片。PCB使用上层射频接地板时，VSS端应直接连接到接地板。PCB使用底层接地板时，最好方法是通过个通孔连接到VSS。数字信号和控制信号通道不能靠近晶振和XTAL端。笔者设计时印制板使用双面1.6mmFR-4板，底板层有连续接地板，再加上元器件面接地面积，因而确保了良好接地。大量通孔可以连接