Дмитрий Садченков

Радиочастотные трансиверы на одном чипе

Норвежская фирма Gran-Jansen AS производит радиочастотные трансиверы на одном чипе. Выпускаются два типа таких трансиверов: GJRF400 для работы в диапазоне 400 МГц с использованием принципа скачкообразной перестройки частоты (FHSS) и GJRF915 для работы в диапазоне 900 МГц. Преимущества использования микросхем трансиверов в практических конструкциях различных устройств очевидно: упрощается реализация решаемой задачи и одновременно с этим снижаются затраты на серийное производство. Познакомимся с особенностями микросхемы трансивера GJRF400.

Микросхема трансивера GJRF400 предназначена для применения в устройствах дистанционного управления, системах сигнализации, других системах управления и контроля. Возможно также ее использование для передачи данных на небольших скоростях между компьютерами. Типовая система на ее основе состоит из микропроцессора, трансивера и небольшого числа внешних деталей.

Основные технические данные микросхемы трансивера GJRF400:

Микросхема трансивера GJRF400 выпускается в 44-выводном корпусе типа TQFP44. На рис. 1 изображена ее структурная схема, а в таб. 1 описано назначение ее выводов.

Рис. 1

Таблица 1

В режиме приема синтезатор генерирует сигнал гетеродина. Коэффициент деления делителей N и M изменяется, что обеспечивает сохранение значения частоты гетеродина в регистрах N0 и M0. Сигнал со входа приемника усиливается малошумящим усилителем (МШУ) и подается на сдвоенный квадратурный смеситель. На его выходе образуются два одинаковых канала приема с сигналами, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 90°. Каждый канал приема имеет усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, RC-фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка для защиты гираторного фильтра от сигналов высокого уровня в каналах приема, гираторный фильтр и ограничитель. Функцию основного фильтра канала приема выполняет гираторный фильтр, представляющий собой пятиполюсный эллиптический ФНЧ. Применение эллиптического фильтра минимизирует требуемую емкость для достижения необходимой избирательности и динамического порога.

Частоту среза ФНЧ можно изменять подбором внешнего резистора.

Демодулятор выделяет выходные сигналы I- и Q-каналов приема и формирует выходной цифровой сигнал данных. При демодуляции происходит сравнение фазы сигналов I- и Q-каналов. Если фаза сигнала в I-канале запаздывает относительно фазы сигнала Q-канала, то частота сигнала FSK сдвинута выше частоты гетеродина. При этом формируется сигнал логической 1. Если же фаза сигнала в I-канале опережает фазу сигнала Q-канала, то частота сигнала FSK сдвинута ниже частоты гетеродина. При этом формируется сигнал логического 0. Выходной сигнал приемного устройства снимается с вывода Data IXO. Для программирования схемы используются три вывода последовательного интерфейса. Внешние компоненты применяются для согласования входного и выходного сопротивлений тракта ВЧ, развязки цепей схемы по постоянному току, а также обеспечения FSK модуляции, в цепях ГУН, фильтра петли ФАПЧ, гираторного фильтра и цепях смещения. В схеме в качестве внешнего кварцевого резонатора (КвГ) обычно используется резонатор на частоту 10 МГц, но можно использовать резонаторы и на другие частоты. Частота КвГ более точно устанавливается с помощью подстроечного конденсатора.

Усилитель мощности (УМ) передающего устройства работает в классе А. Его последний каскад выполнен по схеме с открытым коллектором, что требует применения внешней нагрузки. Максимальный выходной ток составляет около 15 мА при условии, что ток смещения равен 535 мкА. Такое значение тока смещения обеспечивает подключение внешнего резистора смещения сопротивлением 2,7 кОм. МШУ обеспечивает усиление входного сигнала приемного устройства до уровня, необходимого для нормальной работы преобразователя частоты. МШУ имеет два каскада с коэффициентом усиления 20 дБ на частоте 433,92 МГц. Для повышения стабильности работы МШУ имеют цепь отрицательной обратной связи (ООС). Каждый канал приема имеет свой двухкаскадный усилитель промежуточной частоты (УПЧ) с изменяемым коэффициентом усиления. Коэффициент усиления определяется уровнями сигналов на выводах А2, А1 и А0, и может изменяться в пределах от –20 до +45 дБ (табл. 2).

Таблица 2

В приемном устройстве также используется однополупериодный диодный детектор, который выпрямляет аналоговый сигнал I-канала. Выходной ток детектора зависит от амплитуды сигнала и изменяется в среднем на 0,4 мкА при изменении амплитуды сигнала на 1 мВ. Снимается этот сигнал с вывода 44 (RecOut). Частота среза пассивного RC-фильтра второго порядка программируется уровнями сигналов на выводах Fc1 и Fc0 (табл. 3).

Таблица 3

Частоты среза гираторного фильтра можно изменять путем подбора внешних резисторов (табл. 4).

Таблица 4

Выходной сигнал демодулятора отфильтровывается RC-фильтром нижних частот 1-го порядка. Фильтр состоит из внутреннего резистора сопротивлением 100 кОм и внешнего конденсатора, подключаемого к выводу 22. На выходе фильтра включен триггер Шмитта, который обеспечивает чистоту выходного сигнала демодулятора. Полосу пропускания фильтра можно изменять в соответствии со скоростью обмена данными.

Для программирования используются три шины: данных (Data IXO), синхронизации (Clock) и нагрузки (Load). Data IXO — двунаправленная шина, которая используется для передачи и приема данных и программирования схемы. Интерфейс последовательной трехлинейной шины обеспечивает управление делителями частоты и подачей питания на узлы передающего устройства, приемного устройства и синтезатора частоты. Интерфейс соcтоит из 59-битного программируемого регистра. Данные вводятся по шине Data IXO с передачей первого наибольшего значащего бита. Первый вводимый бит обозначается как p1, последний — как p59. Распределение и назначение бит можно понять из табл. 5, 6.

Таблица 5

Таблица 6

Если модуляция осуществляется в ГУН или КвГен, синтезатор использует делители N0 и M0. Если присутствуют уровни Mod1 = 0 и Mod0 = 1, возможно переключение между делителями в синтезаторе. Переключением управляют уровни на входе Data IXO. При Data IXO = 0 синтезатор использует делители N0 и M0. При Data IXO = 1 синтезатор использует делители N1 и M1. Режим переключения делителей частоты может быть использован для реализации низкоскоростной FSK модуляции.

Рабочий процесс происходит за три цикла:

На рис. 2 изображена структурная схема трансивера с указанием соединений, а на рис. 3–8 — принципиальные схемы узлов трансивера.

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8

Трансивер GJRF915 рассчитан на работу в диапазоне частот от 700 до 1000 МГц. По устройству и принципу работы он не имеет существенных отличий от GJRF400.

pierce_arrow@mtu-net.ru

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы