基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计 - 通信/网络 - 电子工程

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<strong>1 概述</strong>

TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片，工作在300～450MHz ISM频段，能与TH7107等芯片配套，实现ISM频段无线模拟和数字信号传输；内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s，ASK数据速率达80kb/s，FM带宽15kHz；灵敏度 111dBm。电源电压2.5～5.5V,工作电流8.2mA，待机电流<100nA。适用于ISM（工业、科学和医学）频率范围内的各种应用，如数据通信系统、无钥匙进入系统、遥控遥测系统、安防系统等。

<strong>2 芯片封装与引脚功能</strong>

TH71101采用LQFP32封装，各引脚功能如表1所列。

<strong>表1 TH71101引脚功能</strong>
引脚号符号功   能1VEE地2GAIN-LNA低噪声放大器（LNA）增益控制3OUT-LNALNA输出，连接到外接的LC调谐回路4IN-MIX1混频器1（MIX1）输入，单端阻抗约33Ω5VEE地6IF1P中频1（IF1）集电极开路输出7IF1N中频1（IF1）集电极开路输出8VCC电源输入9OUT-MIX2混频器2（MIX2）输出，输出阻抗约330Ω10VEE地11IFA中频放大器（IFA）输入，输入阻抗约2.2kΩ12FBC1连接外接的中频放大器反馈电容13FBC2连接外接的中频放大器反馈电容14VCC电源输入15OUT-IFA中频放大器输出16IN-DEM解调器（DEMOD）输入17VCC电源输入18OUT-OA运算放大器（OA）输出19OAN运算放大器（OA）负极输入20OAP运算放大器（OA）正极输入21RSSIRSSI输出，输出阻抗约36kΩ22VEE地23OUTPFSK/FM正输出，输出阻抗100300kΩ24OUTNFSK/FM负输出，输出阻抗100300kΩ25VEE地26RO基准振荡器输入，外接晶体振荡器和电容27VCC电源输入28ENRX模式控制输入29LF充电泵输出和压控振荡器1（VCO1）控制输入30VEE地31IN-LNALNA输入，单端阻抗约26Ω32VCC电源输入
<strong>3 芯片内部结构与工作原理</strong>

TH71101内部结构框图如图1所示。芯片内包含低噪声放大器（LNA）、两级混频器（MIX1、MIX2）、锁相环合成器（PLL Synthesizer）、基准晶体振荡器（RO）、充电泵（CP）、中频放大器（IFA）、相频检波器（PFD）等电路。


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LNA是一个高灵敏度接收射频信号的共发、共基放大器。混频器1（MIX1）将射频信号下变频到中频1（IF1），混频器2（MIX2）将中频信号1下变频到中断信号2（IF2），中频放大器（IFA）放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。相位重合解调器和混频器3解调中频信号。运算放大器（OA）进行数据限幅、滤波和ASK检测。锁相环合成器由压控振荡器（VCO1）、反馈式分频器（DIV16和DIV2）、基准晶体振荡器（RO）、相频检波器（PFD）、充电泵（CP）等电路组成，产生第1级和第2级本振信号LO1和LO2。

使用TH71101接收器芯片可以组成不同的电路结构，以满足不同的需求。对于FSK/FM接收，在相位重合解调器中使用IF谐振回路。谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。对于ASK结构，RSSI信号馈送到ASK检波器，ASK检波器由OA组成。

TH71101采用两级下变频。MIX1和MIX2由芯片内部的本振信号LO1和LO2驱动，与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制，如表2和表3所列。有效的射频前端滤波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC滤波器，在LNA的输出使用LC滤波器。

<strong>表 2 基准频率fREF、本振频率fL0、中频fIF与FRF镜像抑制关系</strong>
注入类型低端高端fREF（fRF-fIF）/16fRF+fIF/16fLO16·fREF16·fREFfIFfRF-fLOfLO-fRFfRF imagefRF-2fIFfRF+2fIF
<strong>表3 在fIF=10.7MHz时，基准频率fREF、本振频率fL0与fRF镜像抑制的关系</strong>
参数fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz低高低高fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875fLO/MHz304.3325.7422.9444.3fRF image/MHz293.6336.4412.2455.0
<strong>4 应用电路设计</strong>

基于TH71101的FSK和ASK应用电路如图2、3所示。


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TH71101与单片机的接口电路如图4所示。


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ENRX=“0”时，接收模块进入待机状态，ENRX=“1”时，接收模块进入接收状态。TH71101解调输出数据经RXD进入单片机，数据格式和数据速率由用户根据需要确定。应注意的是：FSK数据速率不能超过40kb/s，ASK数据速率不能超过80kb/s。

<strong>参考文献</strong>

1. Microelectronic Integrated Sys-tems Inc TH71101 315/433MHz FSK/FM/ASK Receiver
2. Microelectronic Integrated Sys-tems Inc EVB71101 315/433MHz Re-ceiver Evaluation Board Description 2002
3. 黄智伟 无线数字收发电路设计 2003
4. 黄智伟 射频集成电路原理与应用 2003

作 者：南华大学 唐冬 黄智伟 衡阳市公路管理局 吕明霞
来 源：单片机与嵌入式系统应用2003（10）