無線收發電路分析論文

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摘要：RX5000和TX5000分別是RFMicroDevices公司專為小范圍單向無線通信設計生產的接收器和發射器芯片。它們體積小，功耗低，價格便宜，而且性能穩定，使用方便。文中介紹了RX5000、TX5000的特點與功能，給出了以這兩種器件為核心設計的無線收發電路，并對其在足球機器人無線通信系統中的應用進行了說明。

關鍵詞：無線通信；RX5000；TX5000；足球機器人

RX系列和TX系列無線收發芯片是RFMicroDevices公司專門為小范圍單向無線通信設計的集成電路。該系列芯片具有體積小，功耗低，價格便宜等優點，而且性能穩定，容易使用。芯片中集成了幾乎所有的無線通信功能。由于所需外設很少，因而電路設計簡單，是小范圍無線控制以及數據通信的理想選擇。本文介紹的RX5000、TX5000就是一組配套使用的無線收發芯片，以它們為核心進行電路設計可以實現完整的無線通信系統。當然，兩個器件也可以單獨使用，可設計構成獨立的無線接收器和發射器。

1RX5000和TX5000的特點

RX5000接收器和TX5000發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115．2kbps的數據傳輸率。

RX5000、TX5000均提供有休眠模式（SleepMode），這使其在沒有數據通信的時候可以降低芯片的功耗。TX5000有On－OffKeyedOOK和Ampli-tude－ShiftKeyedASK兩種可選的工作模式。在OOK工作模式中，信號輸出端以通斷脈沖來表示信號“1”和“0”；而在ASK工作模式中，輸出信號則分別以高、低電平來表示信號“1”和“0”；休眠模式的信號端通常被置于高阻狀態。OOK模式的功耗較低，但數據傳輸率也低（10kbps）；ASK模式的功耗較高，但數據傳輸率也較高（115．2kbps）。由于在ASK模式時，信號可調幅，因此抗干擾能力也較強，所以大多數應用都采取ASK模式。工作模式的選擇可通過CNTRL0和CNTRL1引腳來設置。

一般情況，設計時都將RX5000與TX5000配套使用，但RX5000應選擇與TX5000相同的工作模式。此時，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模式的選擇則將對應于不同的外圍電路。

本文著重介紹RX5000、TX5000的功能及應用，而對其工作原理和內部結構，讀者可參考相關技術手冊[1][2]。

2RX5000和TX5000的引腳功能

2．1RX5000引腳功能

RX5000接收器芯片具有20個引腳。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：自動增益控制端，該引腳與地之間所接的電容可設定保持AGC（自動增益控制）的最小時間。該保持時間的設定可以避免AGC發生顫動。對于給定的保持時間tAGH（μs），接地電容CAGCμF的值可按下式計算：

CAGC＝19．1tAGH

但應注意，AGC的保持時間不應太長，否則會導致反應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定峰值檢測器衰減倍數，若使其衰減率固定在11000，對于給定的基帶電容CBBO來說，接地電容CPKD的值可按下式計算：

CPKD＝0．33CBB0(pF)

BBOUT：基帶輸出端，該引腳通過一電容CBBO與CMPIN相連可驅動內部數據限幅器。

CMPIN：內部數據限幅器輸入端。

RXDATA：接收器數據輸出端，在休眠模式時，該引腳被置于高阻態。

NC：懸空。

LPFADJ：低通濾波器帶寬調整端，其帶寬可由該引腳的接地電阻RLPF來設置，它們之間具有如下關系式：

RLPF＝1445／fLPF(kHz)(kΩ)

RREF：外接參考電阻端，通常應接一100kΩ的電阻到地。

THLD1：數據限幅器（DS1）閾值設置端，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，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：數據限幅器（DS2）閾值設置端，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：脈沖占空比調節端。

PWIDTH：脈沖寬度調節端。

CNTRL1，CNTRL0：芯片工作模式選擇端。當CNTRL1與CNTRL0均為高電平時，選擇接收模式；兩者均為低電平時，選擇休眠模式（SleepMode）。應當注意：這兩腳不能被空置。

RFIO：接收器無線信號輸入端，該端一般在使用時接天線。

2．2TX5000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：發送數據輸入端。

CNTRL1，CNTRL0：芯片工作模式選擇端。當CNTRL1為高而CNTRL0為低時，為ASK模式；而當CNTRL1為低且CNTRL0高時，為OOK模式；CNTRL1和CNTRL0均為低時，為休眠模式。

RFIO：無線信號輸出端，使用時接天線。

3無線收發電路

采用RX5000和TX5000設計的無線接收和發射電路分別如圖3、圖4所示，這兩個電路均被設置為ASK模式。

4足球機器人無線通信應用

實際上，上述無線收發電路可以方便地嵌入到各種測量和控制系統中，以用于儀器儀表中的數據采集、無線數據通信以及計算機遙控等。下面介紹RX5000和TX5000在足球機器人無線通信系統中的應用方法。

機器人足球是近幾年在國內外迅速開展起來的高技術對抗活動，已舉行了多屆微型機器人世界杯足球比賽，有十余個國家的二、三十支代表隊參賽，已經達到相當的規模和水平3。足球機器人系統由機器人、視覺系統、主機系統和無線通信系統組成。主機系統與機器人之間通過無線通信聯系。具體來說，就是主機通過發射器以無線方式發送動作命令，然后由機器人上的接收器接收，這實際上就是一個單向通信系統。

目前各參賽隊使用的機器人通信系統，大多采用的是Radiometrix公司生產的具有收發功能的通訊模塊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，數據最高傳輸速率為40kbps，戶內傳輸距離為30米，戶外可達120米。由于足球機器人的通信系統只是單向系統（即主機→機器人），但在發射器和接收器上均采用具有收發功能的BIM雙向通訊模塊，這實際上是一種浪費，而且還增大了功耗，提高了設計和制造成本（每片BIM通訊模塊的價格高達五六百元）。若采用本文介紹的無線收發電路，不僅可避免功能的浪費，還可減少功耗，降低成本（每片RX5000、TX5000的價格不到一百元），而且數據傳輸率也比BIM模塊高。雖然傳輸距離比BIM小，但經測試，在戶內可達20米，在戶外也可以達到100米以上，完全可以滿足機器人足球比賽的要求。

本無線收發電路已應用于某高校的足球機器人比賽系統，經多次測試運行，該系統性能穩定，效果十分良好。