收發器芯片組原理應用分析論文

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摘要：RFW302芯片組由RFW24、RFW488C、RFW488R三塊芯片構成。該芯片組符合美國聯邦通信委員會（FCC）（part15.247）和歐洲電信標準協會（ETSI）（300328）的技術規范；工作頻率為2.4GHz，數據速率最高可達3.2Mb/s，輸出功率達+0dBm（峰值），接收靈敏度為-77dBm，室內有效距離約20m。

關鍵詞：射頻無線收發器RFW302

1RFW320芯片組簡介

RFW302芯片組是RFWaves公司推出的一種半雙工、采用直接序列擴頻技術（DSSS）無線收發器芯片組，工作在2400～2483.5MHz工業、科學和醫學（ISM）頻段。該收發器芯片組包含三塊芯片，只需外接電感和電容等無源元件。該芯片組符合美國聯邦通信委員會（FCC）（part15.247）和歐洲電信標準協會（ETSI）（300328）的技術規范。該芯片組適用于2.4GHz的短程無線通信應用，數據速率最高可達3.2Mb/s，其功耗較低，適于電池驅動。輸出功率達+0dBm（峰值），接收靈敏度為-77dBm，電源電壓2.7～3.6V，電流消耗為43mA(3.2Mb/s)和28μA（1Kb/s），待機電流6μA；室內有效距離約20m，3線串行接口能與8位微控制器協同工作。

圖1RFW302芯片組構成的無線收發器電路

2RFW302構成的無線收發器電路

RFW302芯片組由RFW24、RFW488C、RFW488R三塊芯片構成。RFW302構成的無線收發電路如圖1所示，各芯片引腳功能如表1～3所列。

表1RFW24芯片引腳功能

引腳符號典型值功能

1VccRFVccRF部分的電源電壓

2GND地

3NRFA連接到天線

4RFA連接到天線

5GND地

6VccRFVcc功放部分的電源電壓

7ACTDI啟動控制，L時為待機模式，H時啟動模式

8LCA連接到22nH電感

9NLCA連接到22nH電感

10VccPDVcc峰值檢測器部分的電源電壓

11SAWDA從RFW488C-A（D）到峰值檢測器的輸入

12GND地

13GND地

14GND地

15SAWIFA從/到RFW488C-A（IF）的中頻輸入/輸出

16Tx/RxDI發射/接收控制，接Vcc是Tx模式，接GND是Rx模式

17CAPA外部電容連接到此腳，最佳值為2.2nF

18VccGDVcc到狀態機和脈沖發生器部分的供給電壓

19TxD/RxDDIO數據輸入/輸出

20SAWGA當輸入到RFW488C-A（G）時的發射脈沖輸出

21GND地

22OSCOA連接到諧振器

23OSCIA連接到諧振器

24VccLOVcc振蕩器部分的電源電壓

PuddleGND地

表2RFW488C相關器芯片的引腳功能

引腳符號功能

1GND地

2NIF地

3GND地

4D輸出到峰值檢測器，在48MHz的特征阻抗為5-122j

5ND地

6GND地

7IF從/到IF到SAW的輸入/輸出，在488MHz的特征阻抗為3-13j

8GND地

9NG地

10G輸入到SAW的發射脈沖，在488MHz的特征阻抗為3-13j

表3REW488R諧振器芯片的引腳功能

引腳符號功能

1GND地

2OS在這個引腳與5腳之間串聯諧振

3GND地

4GND地

5NOS在這個引腳與5腳之間串聯諧振

6GND地

電路中RFW24芯片是系統的有源部分，具有定時、放大、開關、發射和接收的功能。RFW488C是一個4腳SAW相關器，在晶振的基礎上實現。芯片是一個無源的直接序列擴頻器件，作為一個13位BPSK貝克碼相關器（一個匹配濾波器）。RFW488R是一個單端口的SAW諧振器，諧振頻率為488MHz，作為系統振蕩器源。由三塊芯片組成的收發器模塊包含：SAW相關器、頻率發生器、脈沖發生器、RF前端、低噪聲塊、峰值檢測器、狀態機等功能。

SAW相關器是一個線性的無源3端口器件，與帶能濾波器和反相器連接。電流SAW相關器是一個匹配濾波器，與一個13位BPSK調制貝克碼相匹配。SAW相關器的3個端口和外部無源部件匹配電阻為200Ω,中心工作頻率為488MHz。

在系統中，頻率發生器電路是一個通用元件，是唯一在發射和接收模式下都處于工作的部件，在待機模式下，為了降低功耗，處于不工作狀態。頻率發生器電路由基于晶體振蕩器的SAW諧振器組成。諧振器的頻率乘以4可以得到需要的上變頻頻率。電路從待機模式到穩定狀態所需時間小于20μs。

脈沖發生器產生一大約76ns的IF脈沖，此脈沖輸入到SAW相關器。狀態機對相關的模擬單元進行開關控制。輸出級是一個非差分形式的功率放大器，在匹配狀態下能使最大的功率接收200Ω的SAW輸入端上。

RF前端包含放大和上變頻級，其輸入端是488MHz中頻相關器的輸出信號，其輸出是被放大到31dB和上變頻到2400MHz的信號。第一級放大在IF，第二級放大在RF。混頻器是個鏡像抑制混頻器，鏡像抑制率大于35dB。

低噪部件LNA的輸入來自天線，輸出連到SAW上。由于在天線和LNA1間沒有RF濾波器，需要很寬的動態發射/接收范圍，高頻端的特點是動態范圍非常高。在此部件后是SAW相關器，功能是作為一個濾波器，抑制輸出頻帶外信號和抑制頻帶內的干擾。主要性能參數如下：增益為25dB，負載（SAW相關器）為200Ω，輸入IP1>-18dBm，輸入IP3>-5dBm；噪聲值NF<10dB，鏡像抑制大于35dB。

峰值檢測器位于SAW相關器的下一級，功能是檢測信號的包絡，直接把中頻IF移到基帶上。峰值檢測器位于ASK接收器的第一級。由于可能有一非常高的輸入信號范圍，所以要求動態范圍非常高。1個“快速”峰值檢測器和1個“慢速”峰值檢測器并聯使用，兩者之間的區別是它們的輸出帶寬。“快速”峰值檢測器的帶寬是10MHz；“慢速”峰值檢測器的帶寬由一外接的電容器決定，電容器連接在第13引腳端和系統的GND之間。

狀態機是芯片數字電路部分，主要完成定時、控制和數字流程等功能。①DATAI/O：在發射模式下的高阻抗輸入腳，在接收模式下的低阻抗輸出腳。②Tx/Rx：H（高電平）=Tx;L（低電平）=Rx。③ACT：L（低電平）時元件被關掉，電流消耗最低；H（高電平）時芯片工作。具體狀態控制過程如圖2所示。

調制解調器建立在SAW相關器的基礎上。SAW相關器是一個3端口的無源器件。與SAW相關器連接，還有兩個器件嵌入到系統中；：一個488MHz的單端口SAW諧振器，為系統提供頻率源；一個RFIC，是系統的有源器件。RFIC的收發器工作在488MHz的中頻和1952MHz的LO。SAW諧振器產生兩種頻率。

3RFW302與微控制器處理模塊的接口

RFW302與微控制器/DSP/FPGA處理模塊的接口如圖3所示。FW302構成的無線接口電路與微控制器/DSP/FPGA處理模塊的接口說明如表4所列。

表4RFW302與微控制器/DSP/FPG處理模塊的接口說明

名稱特征

Tx/Rx模式選擇輸入，輸入Vcc(H高電平)時為射模式；

輸入0V（L低電平）時為接收模式

ACT輸入0V（L低電平）時為待機模式，輸入Vcc（H高電）時啟動模塊。喚醒為完全工作模式的典型時間需要花10μs的時間。CMOS電平

DataI/O在Tx模式下是輸入腳，在Rx模式下是輸出腳。CMOS電平

Vcc芯片電源供給輸入端，需要一個2.7～5V的可調電源

GND地，所有接地端連接到此引腳

結語

采用RFW302設計無線收發器電路，工作頻率為2.4GHz，數據速率最高可達3.2Mb/s，輸出功率達+0dBm（峰值），接收靈敏度為-77dBm，PCB板尺寸為12mm×16mm，室內有效距離約20m，在嵌入式智能家居系統無線網關中應用，效果良好。