通信模塊在電子設(shè)計競賽中的應(yīng)用課件

通信模塊

在電子設(shè)計競賽中的應(yīng)用主要內(nèi)容一.競賽題分析二.選用收、發(fā)芯片三.芯片方框圖分析四.芯片功能實現(xiàn)六.PCB設(shè)計五.數(shù)據(jù)與收發(fā)芯片間的連接與制約七.指標測量設(shè)計并制作一個單工無線呼叫系統(tǒng)一.競賽題分析要求：實現(xiàn)語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)發(fā)射頻率在30MHz~40MHz間射頻信號帶寬及調(diào)制方式自定

發(fā)射峰值功率不大于20mW通信距離不小于5米

二.選用收、發(fā)芯片規(guī)定？自選？選芯片原則——功能、指標功能：適用場合、工作頻段、調(diào)制方式指標：發(fā)射功率、接收機靈敏度、數(shù)據(jù)速率根據(jù)設(shè)計要求，確定指標，選擇芯片接收機靈敏度(最低輸入電平)=天線噪聲+系統(tǒng)噪聲+要求的信噪比發(fā)射機最低輸出功率=系統(tǒng)損耗+路徑損耗+達到接收機的靈敏度芯片選擇舉例：其主要性能參數(shù):電源電壓2.8～9.0V。工作頻率200MHz。輸出功率+10dBm(50Ω負載10mW)。調(diào)制靈敏度10Hz/mV(直流電壓)。最大頻偏5kHz。話放閉環(huán)增益30dB諧波失真0.15%FM窄帶調(diào)頻芯片MC2833TH72005單片F(xiàn)SK/ASK發(fā)射器主要性能指標：工作頻率290～350Mz電源電壓1.9~5.5V輸出功率－12dBm~+8.5dBmFSK數(shù)據(jù)速率40Kbit/sASK數(shù)據(jù)速率40Kbit/s用途：無鑰匙進入系統(tǒng)、車庫開啟裝置、遙控遙測、輪胎壓力檢測數(shù)據(jù)通信、安防和家庭自動化等rfRXD0420ASK/FSK/FM接收器主要性能指標：工作頻率300～450MHzASK最大數(shù)據(jù)速率80Kbit/sNRZFSK最大數(shù)據(jù)速率40Kbit/sNRZ信號強度指示（RSSI）70dB三.芯片方框圖分析要會使用模擬電路芯片，一定要看懂其結(jié)構(gòu)方框圖原理兩部分結(jié)構(gòu)原理發(fā)射機接收機目的：（1）了解信號的傳輸路徑和原理（2）確定外接元件的數(shù)值設(shè)計一個系統(tǒng),首先要指標分配MC3363內(nèi)部結(jié)構(gòu)二次變頻超外差式正交鑒頻FM外接元件：決定兩個本振頻率兩個中頻濾波器鑒頻移相線圈TDA5102發(fā)射芯片關(guān)鍵：頻率合成器、ASK、FSK工作方式外接元件：晶體、電容、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)LNA輸入射頻輸出90oAGC接收數(shù)據(jù)I接收數(shù)據(jù)Q控制邏輯PFD÷16前置分頻器晶振調(diào)制器增益控制發(fā)射數(shù)據(jù)÷47÷ARF105數(shù)字擴頻收發(fā)器（簡化方框圖）吞脈沖頻率合成、零中頻接收方案、乘法器做調(diào)制解調(diào)器1.決定工作頻率的元件發(fā)射機的發(fā)射頻率一般采用晶振（注意負載電容）振蕩回路分析C1C2CdCdCcCcLC2C12.接收機本振頻率由已知的接收頻率和中頻值計算得出如,1中頻取10.7MHz則1本振若2中頻取455KHz，則2本振頻率為：還應(yīng)算出對應(yīng)的鏡像頻率，以便天線預選器濾除fimfLO1fRFf接收機有各種方案,但都需要下變頻3.

中頻濾波器IF濾波器決定接收機的選擇性一般采用10.7MHz或455KHz的陶瓷濾波器使用時注意兩點（1）帶寬（2）端口匹配帶寬考慮因素調(diào)制方式發(fā)射機和接收機頻率誤差4.高頻端選頻、濾波與匹配接收機前端：天線預選器（選擇頻段、抑制鏡像頻率）LNA的輸入回路（負載、匹配、抑制鏡像頻率）Vcc天線匹配LNAC1C2CcL聲表面波濾波器天線混頻器發(fā)射機末端的輸出濾波器匹配濾波器VccRL50射頻輸出L39nHRo250Co1.5PFC330PFRL50R13K保證：功率放大器工作在最佳負載狀態(tài)，輸出最大功率必要的濾波功能5.調(diào)制器與解調(diào)器的外接元件FM、FSK應(yīng)保證適當?shù)念l偏解調(diào)器的帶寬FM/FSK一般采用正交鑒頻680PFR4.7KL3.3UHC3C11.0PFC2中放限幅乘法器正交移相網(wǎng)絡(luò)的Q值決定了鑒頻器的帶寬該LC網(wǎng)絡(luò)也可以用陶瓷濾波器代替1.0PFC3680PFC1C2關(guān)鍵：了解芯片工作原理，在理論指導下選擇進行適當?shù)挠嬎悖ㄒ话阌型扑]值）會繞制、測量線圈

綜上分析知，外接元件主要是選頻濾波元件選頻濾波器的分類1.集中參數(shù)濾波器聲表面波濾波器晶體濾波器陶瓷濾波器特點：中心頻率、帶寬固定選擇性好輸入、輸出阻抗確定常用于中頻濾波器2.LC濾波器——一般自己繞制常用于高頻段，注意線圈Q值磁心導磁率和損耗高質(zhì)量電容溫度補償鎖相頻率合成器僅作為收、發(fā)信機的本振源PALNA輸入射頻輸出90oAGC發(fā)射數(shù)據(jù)調(diào)制器增益控制接收數(shù)據(jù)I接收數(shù)據(jù)Q串行接口外部PFD÷16分頻器晶振串行接口外部PFD÷16分頻器晶振本振源輸出——帶寬寬、鎖定時間快——參考信號噪聲、VCO噪聲對帶寬要求不同——帶寬窄，抑制無用頻率成份一般取鑒相頻率的1/10晶振－16MHz，參考分頻比16鑒相頻率（信道間隔）＝16MHz16＝600KHz可取LF帶寬約為5KHz去VCO0.01U10K10K390PF390PF鎖定時間抑制噪聲抑制寄生干擾環(huán)路濾波器的帶寬影響：頻率合成器參與調(diào)制（ADF7010）環(huán)路濾波器帶寬（LBW）與數(shù)據(jù)速率有關(guān)PA發(fā)射數(shù)據(jù)÷RPFD分頻器FSK/GFSKASK/OOK環(huán)路濾波器VCOASK/OOKFSK模式——LBW約是數(shù)據(jù)速率的5倍，GFSK模式——LBW約是數(shù)據(jù)速率的2.5倍擴展帶寬可減少頻率跳變的時間ASK模式——LBW約是數(shù)據(jù)速率的10倍PA功率變化、VCO負載變化、VCO頻率抖動,擴大LBW將減少VCO抖動。補充鎖相環(huán)的設(shè)計鎖相環(huán)的應(yīng)用同步跟蹤、載波提取調(diào)制解調(diào)頻率合成鎖相環(huán)的指標：同步帶、捕捉帶、捕捉時間、頻率相應(yīng)、穩(wěn)定性不同應(yīng)用強調(diào)不同指標設(shè)計要求鎖相環(huán)系統(tǒng)指標各部件指標元器件參數(shù)值VCOPDLF五.數(shù)據(jù)與收發(fā)芯片間的連接與制約數(shù)據(jù)接收發(fā)射轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)方式AM、FM——模擬調(diào)制ASK、FSK——數(shù)字調(diào)制(選用合適芯片）相互制約信號帶寬（數(shù)據(jù)速率）中頻帶寬解調(diào)器帶寬發(fā)射MC2833語音頻帶：300～3400Hz窄帶調(diào)頻FM額定頻偏3KHz，最大頻偏5KHz已調(diào)信號帶寬信道間隔：25KHz接收MC3363——中頻濾波器帶寬如果用此芯片傳送數(shù)據(jù)0、1采用FSK調(diào)制方式數(shù)據(jù)速率的限制？例：用于傳送語音455KHz10.7MHz中頻濾波器中頻濾波器數(shù)據(jù)輸出已知中頻濾波器帶寬，如何確定允許的最大數(shù)據(jù)速率？設(shè)數(shù)據(jù)格式是二進制非歸零碼NRZ01100T數(shù)據(jù)速率是b/s,對應(yīng)的方波頻率是此數(shù)據(jù)信號的頻譜是f它的帶寬是用此信號進行FSK后，已調(diào)信號帶寬最小值是FF為了很好的恢復FSK解調(diào)方波的前、后沿，接收機中頻濾波器的帶寬至少包含方波信號的7次諧波即已知：額定頻偏中頻濾波器帶寬若用MC2833~MC3363做發(fā)送接收芯片可求得數(shù)據(jù)速率必須限制在或數(shù)據(jù)速率限制在約1500b/s以內(nèi)數(shù)據(jù)速率可由單片機或編碼、解碼芯片時鐘決定例如：編碼芯片PT2262、解碼芯片PT2272不同外接電阻值決定期時鐘大小六.PCB設(shè)計電磁兼容性設(shè)計原則：減小循環(huán)電流回路面積，從而降低磁場輻射減小導線線路壓降，從而降低電場輻射系統(tǒng)硬件制作的三要點系統(tǒng)方案設(shè)計、器件選擇結(jié)構(gòu)、工藝指標測量注意事項系統(tǒng)的劃分布局、布線（地線、電源線、信號線)及接地電源濾波模擬電路和數(shù)字電路屏蔽和匹配推薦使用雙層PCB板底層——地線面頂層——信號路徑頂層電源、信號路徑線無路徑線處均用地線填充（大面積）頂層地線用多個金屬穿線與底層地線面相連集成芯片接地腳盡量穿孔連接到接地層數(shù)字地和模擬地分開，單點相連（防止地阻抗耦合）模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路模擬電路模擬地數(shù)字地1.地線原則：回流路徑盡量短；地電流在關(guān)鍵點處產(chǎn)生的干擾應(yīng)最小定義——電流能夠流回源的一條低阻抗路徑注意——地線是有阻抗的電源濾波——減小芯片間、芯片內(nèi)不同區(qū)域間耦合2.電源濾波與電源線電源線布線為星形結(jié)構(gòu)VCC1VCC每個節(jié)點必須有大的去耦濾波電容（在工作頻率處的接地電阻小于1歐）濾波電容的接地點盡量靠近芯片地電源線盡量不要靠近敏感的信號線電源是頻率成分最復雜的部件3.高頻元件與引線輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)線振蕩回路線目的：減少寄生電感、寄生電容、減少輻射引線僅可能短外接元件僅可能靠近芯片放置線兩端阻抗匹配4.屏蔽電屏蔽、磁屏蔽屏蔽材料選擇屏