基于RX5000/TX5000的无线收发电路

摘要：RX5000和TX5000分别是RF Micro Devices公司专为小范围单向无线通信设计生产的接收器和发射器芯片。它们体积小，功耗低，价格便宜，而且性能稳定，使用方便。文中介绍了RX5000、TX5000的特点与功能，给出了以这两种器件为核心设计的无线收发电路，并对其在足球机器人无线通信系统中的应用进行了说明。 关键词：无线通信；RX5000；TX5000；足球机器人 ＲＸ系列和ＴＸ系列无线收发芯片是ＲＦ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｖｉｃｅｓ公司专门为小范围单向无线通信设计的集成电路。该系列芯片具有体积小，功耗低，价格便宜等优点，而且性能稳定，容易使用。芯片中集成了几乎所有的无线通信功能。由于所需外设很少，因而电路设计简单，是小范围无线控制以及数据通信的理想选择。本文介绍的ＲＸ５０００、ＴＸ５０００就是一组配套使用的无线收发芯片，以它们为核心进行电路设计可以实现完整的无线通信系统。当然，两个器件也可以单独使用，可设计构成独立的无线接收器和发射器。 １　ＲＸ５０００和ＴＸ５０００的特点 ＲＸ５０００接收器和ＴＸ５０００发射器芯片的工作频率均为４３３．９２ＭＨｚ，工作电压为２．２～３．７Ｖ，工作温度范围为－５０～＋１００℃，它们支持高达１１５．２ｋｂｐｓ的数据传输率。 ＲＸ５０００、ＴＸ５０００均提供有休眠模式（Ｓｌｅｅｐ Ｍｏｄｅ），这使其在没有数据通信的时候可以降低芯片的功耗。ＴＸ５０００有Ｏｎ－Ｏｆｆ Ｋｅｙｅｄ ＯＯＫ 和 Ａｍｐｌｉ-ｔｕｄｅ－Ｓｈｉｆｔ ＫｅｙｅｄＡＳＫ两种可选的工作模式。在ＯＯＫ工作模式中，信号输出端以通断脉冲来表示信号“１”和“０”；而在ＡＳＫ工作模式中，输出信号则分别以高、低电平来表示信号“１”和“０”；休眠模式的信号端通常被置于高阻状态。ＯＯＫ模式的功耗较低，但数据传输率也低（１０ｋｂｐｓ）；ＡＳＫ模式的功耗较高，但数据传输率也较高（１１５．２ｋｂｐｓ）。由于在ＡＳＫ模式时，信号可调幅，因此抗干扰能力也较强，所以大多数应用都采取ＡＳＫ模式。工作模式的选择可通过ＣＮＴＲＬ０和ＣＮＴＲＬ１引脚来设置。 一般情况，设计时都将ＲＸ５０００与ＴＸ５０００配套使用，但ＲＸ５０００应选择与ＴＸ５０００相同的工作模式。此时，ＲＸ５０００的ＣＮＴＲＬ０、ＣＮＴＲＬ１引脚仅用于工作模式与休眠模式的切换，而ＯＯＫ模式与ＡＳＫ模式的选择则将对应于不同的外围电路。 本文着重介绍ＲＸ５０００、ＴＸ５０００的功能及应用，而对其工作原理和内部结构，读者可参考相关技术手册[１][２]。 ２ ＲＸ５０００和ＴＸ５０００的引脚功能 ２．１ ＲＸ５０００引脚功能 ＲＸ５０００接收器芯片具有２０个引脚。图１所示是其引脚排列图，各引脚的具体功能如下： ＧＮＤ１，ＧＮＤ２，ＧＮＤ３：参考接地端。 ＶＣＣ１，ＶＣＣ２：电源端，它们与地之间须接有旁路电容。 ＡＧＣＣＡＰ：自动增益控制端，该引脚与地之间所接的电容可设定保持ＡＧＣ（自动增益控制）的最小时间。该保持时间的设定可以避免ＡＧＣ发生颤动。对于给定的保持时间ｔＡＧＨ（μｓ），接地电容ＣＡＧＣμＦ的值可按下式计算： ＣＡＧＣ＝１９．１ ｔＡＧＨ 但应注意，ＡＧＣ的保持时间不应太长，否则会导致反应变慢而影响电路的灵敏性。 ＰＫＤＥＴ：峰值检测控制端，该引脚与地之间所接的电容可设定峰值检测器衰减倍数，若使其衰减率固定在１１０００，对于给定的基带电容ＣＢＢＯ来说，接地电容ＣＰＫＤ的值可按下式计算： ＣＰＫＤ＝０．３３ＣＢＢ０(ｐＦ) ＢＢＯＵＴ：基带输出端，该引脚通过一电容ＣＢＢＯ与ＣＭＰＩＮ相连可驱动内部数据限幅器。 ＣＭＰＩＮ：内部数据限幅器输入端。 ＲＸＤＡＴＡ：接收器数据输出端，在休眠模式时，该引脚被置于高阻态。 ＮＣ：悬空。 ＬＰＦＡＤＪ：低通滤波器带宽调整端，其带宽可由该引脚的接地电阻ＲＬＰＦ来设置，它们之间具有如下关系式： ＲＬＰＦ＝１４４５／ｆＬＰＦ(ｋＨｚ)(ｋΩ) ＲＲＥＦ：外接参考电阻端，通常应接一１００ｋΩ的电阻到地。 ＴＨＬＤ１：数据限幅器（ＤＳ１）阈值设置端，该引脚一般通过一电阻ＲＴＨ１与ＲＲＥＦ相连，其阈值与该电阻的阻值成正比。若将ＴＨＬＤ１与ＲＲＥＦ直接相连，则阈值为０；通过电阻相连时，如果ＴＨＬＤ２端悬空，则ＲＴＨ１的阻值范围为０～１００ｋΩ，提供的ＴＨＬＤ１阈值范围为０～９０ｍＶ如果同时使用ＴＨＬＤ２端，则ＲＴＨ１的阻值范围为０～２００ｋΩ，而其提供的ＴＨＬＤ１阈值范围亦为０～９０ｍＶ。 ＴＨＬＤ２：数据限幅器（ＤＳ２）阈值设置端，该脚用法与ＴＨＬＤ１相同。ＲＴＨ２的阻值范围为０～２００ｋΩ，提供的ＴＨＬＤ２阈值范围为０～１２０ｍＶ。 ＰＲＡＴＥ：脉冲占空比调节端。 ＰＷＩＤＴＨ：脉冲宽度调节端。 ＣＮＴＲＬ１，ＣＮＴＲＬ０：芯片工作模式选择端。当ＣＮＴＲＬ１与ＣＮＴＲＬ０均为高电平时，选择接收模式；两者均为低电平时，选择休眠模式（Ｓｌｅｅｐ Ｍｏｄｅ）。应当注意：这两脚不能被空置。 ＲＦＩＯ：接收器无线信号输入端，该端一般在使用时接天线。 ２．２ ＴＸ５０００引脚功能 ＴＸ５０００引脚排列如图２所示。其主要引脚的功能如下： ＴＸＭＯＤ：发送数据输入端。 ＣＮＴＲＬ１，ＣＮＴＲＬ０：芯片工作模式选择端。当ＣＮＴＲＬ１为高而ＣＮＴＲＬ０为低时，为ＡＳＫ模式；而当ＣＮＴＲＬ１为低且ＣＮＴＲＬ０高时，为ＯＯＫ模式；ＣＮＴＲＬ１和ＣＮＴＲＬ０均为低时，为休眠模式。 ＲＦＩＯ：无线信号输出端，使用时接天线。 ３　无线收发电路 采用ＲＸ５０００和ＴＸ５０００设计的无线接收和发射电路分别如图３、图４所示，这两个电路均被设置为ＡＳＫ模式。 ４　足球机器人无线通信应用 实际上，上述无线收发电路可以方便地嵌入到各种测量和控制系统中，以用于仪器仪表中的数据采集、无线数据通信以及计算机遥控等。下面介绍ＲＸ５０００和ＴＸ５０００在足球机器人无线通信系统中的应用方法。 机器人足球是近几年在国内外迅速开展起来的高技术对抗活动，已举行了多届微型机器人世界杯足球比赛，有十余个国家的二、三十支代表队参赛，已经达到相当的规模和水平３。足球机器人系统由机器人、视觉系统、主机系统和无线通信系统组成。主机系统与机器人之间通过无线通信联系。具体来说，就是主机通过发射器以无线方式发送动作命令，然后由机器人上的接收器接收，这实际上就是一个单向通信系统。 目前各参赛队使用的机器人通信系统，大多采用的是Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｘ公司生产的具有收发功能的通讯模块ＢＩＭ－４３３和ＢＩＭ－４１８，它们的工作频率分别为４３３ＭＨｚ和４１８ＭＨｚ，工作电压为２．７～６．２６Ｖ，数据最高传输速率为４０ｋｂｐｓ，户内传输距离为３０米，户外可达１２０米。由于足球机器人的通信系统只是单向系统（即主机→机器人），但在发射器和接收器上均采用具有收发功能的ＢＩＭ双向通讯模块，这实际上是一种浪费，而且还增大了功耗，提高了设计和制造成本（每片ＢＩＭ通讯模块的价格高达五六百元）。若采用本文介绍的无线收发电路，不仅可避免功能的浪费，还可减少功耗，降低成本（每片ＲＸ５０００、ＴＸ５０００的价格不到一百元），而且数据传输率也比ＢＩＭ模块高。虽然传输距离比ＢＩＭ小，但经测试，在户内可达２０米，在户外也可以达到１００米以上，完全可以满足机器人足球比赛的要求。 本无线收发电路已应用于某高校的足球机器人比赛系统，经多次测试运行，该系统性能稳定，效果十分良好。