RF无线收发模块设计.docx

无线收发模块的设计
设计方案

为了能实现数据通过无线方式进行传输的目的，采用hopeRF公司的无线单片收发ICRF12完成无线收发功能。为了能对RF12进行控制，采用ATMEL公司单片机AVRMEGA48对RF12进行控制，为了与PC机连接方便，采用了沁恒公司的USB转串口电路CH340与单片机相连。系统结构示意图如下：

二、电路设计
2.1RF12电路设计

RF12功能简介

RF12是通用ISM频段的FSK发送接收集成单片电路，低功耗，多通道，可以工作在免许可的433,868和915MHz频段。RF12首发电路为需要外部很少器件的集成电路，具有低成本，柔韧性好的高度集成的解决方案。芯片集成所有射频要求功能，完整的模拟射频部分和数字基带收发部分，多频段PLL频率合成器，射频功率放大器PA，低噪声放大器LNA。正交(I/Q)下变频混频器，基带滤波器和基带放大器，和正交（I/Q）解调器。唯一需要的外部器件就是外部晶振和带同滤波器。

RF12具有一个全集成的PLL，便于射频设计，它的快速设定时间可以用于快速调频，对于多路径衰落信道可以获得强健的无线连接。PLL的高分辨率允许在任一频段进行多信道应用。接收部分的基带滤波带宽（BW）是可编程的，以可以包纳各种偏差，数据速率和晶振偏差的要求。接收部分应用了零中频方法，该方法采用了正交解调技术。同样在大多数应用中不需要外部器件（除了晶振和耦合电路）。

RF12通过集成的数字信号处理特性：数字滤波，时钟恢复，数字判决，集成的FIFO和发送数据寄存器（TXdataregister），显著的减小了微处理器的负担。自动频率控制特性允许使用低精度（低成本）晶振。
对于低功耗应用，RF12支持基于内部唤醒定时器的小占空比的周期工作模式。

功能模块框图

RF12电路设计
在设计中采用RF12接收部分采用片内数字滤波器来提取接收数据流的位时钟方案，通过SPI接口设置工作参数，发送数据和接收数据。频带设计为433MHz，射频匹配滤波电路根据生产商提供的资料设计电路如下：

2.2、RF112与单片机Mega48接口设计
Mega48单片机通过SPI接口与RF12相接，系统图如下：

由于SPI接口是单片机在线编程的下载口，同时又是与RF12的通信接口，为了在下载时不受RF12的影响，特在SPI接口与RF12接口之间通过电阻进行隔离。
2.3USB转传串口电路设计：
CH340集成电路可以完成USB转串口的功能，PC机的驱动程序有沁恒公司提供，在PC上的界面与串口通信界面相同，根据厂家提供的参考电路设计如下：

射频参数计算
2.1、RF12的工作原理：
RF12为单片无线收发芯片，接收部分为采用正交解调的零中频技术，片上集成有基带低通滤波器，其带宽可程序控制，达到减低噪声系数的目的，同时还具有频率自动控制功能，以离散步进方式使得本振频率与发射机的载波频率差最小。对于RF12的应用需要根据接收信号的特性需要对基带滤波器的代换进行计算。
2.2、正交零中频解调原理及低通滤波器带宽的计算：
接收机结构如下图所示：

设射频输入信号为：s(t)=Acos(ω0t+(-1)DΔωt);
本振信号为：L(t)=cos(ωLt+φ)
通过正交下变频器：
I(t)=s(t)×L(t)=A{cos(ω0t+(-1)DΔωt-ωLt-φ)+cos(ω0t+(-1)DΔωt+ωLt+φ)}/2
Q(t)=s(t)×sin(ωLt+φ)
=A{sin(ω0t+(-1)DΔωt-ωLt-φ)+sin(ω0t+(-1)DΔωt+ωLt+φ)}/2
通过低通滤波器有：
Ib（t）＝Acos(ω0t+(-1)DΔωt-ωLt-φ)/2
Qb(t)＝Asin(ω0t+(-1)DΔωt-ωLt-φ)/2
当ω0＝ωL，φ＝０时有：
Ib（t）＝Acos((-1)DΔωt)/2
Qb(t)＝(-1)DAsin(Δωt)/2
当Ｄ＝０时Ib和Qb构成正方向旋转向量，标识为频偏大于零；判读为0或1
当D=1时Ib和Qb构成反方向旋转向量，标识为频偏小于零；判读为1或0.
在这里对于码元宽度为T，频偏为Δω，那么低通滤波器的带宽不应小于：
Δω+2∏/T
当考虑到本振与信号载波的偏差，滤波器的带宽应包含：频偏，数据速率和频率误差。

RF12的命令
RF12的命令通过SPI口发送，共有15条命令：
1ConfigurationSettingCommandFrequencyband,crystaloscillatorloadcapacitance,basebandfilterbandwidth,etc.el,ef,b1tob0,x3tox02PowerManagementCommandRec