基于RX5000/TX5000的無線收發(fā)電路

    摘要：RX5000和TX5000分別是RF Micro Devices公司專為小范圍單向無線通信設(shè)計生產(chǎn)的接收器和發(fā)射器芯片。它們體積小，功耗低，價格便宜，而且性能穩(wěn)定，使用方便。文中介紹了RX5000、TX5000的特點與功能，給出了以這兩種器件為核心設(shè)計的無線收發(fā)電路，并對其在足球機器人無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了說明。

    關(guān)鍵詞：無線通信；RX5000；TX5000；足球機器人

ＲＸ系列和ＴＸ系列無線收發(fā)芯片是ＲＦ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｖｉｃｅｓ公司專門為小范圍單向無線通信設(shè)計的集成電路。該系列芯片具有體積小，功耗低，價格便宜等優(yōu)點，而且性能穩(wěn)定，容易使用。芯片中集成了幾乎所有的無線通信功能。由于所需外設(shè)很少，因而電路設(shè)計簡單，是小范圍無線控制以及數(shù)據(jù)通信的理想選擇。本文介紹的ＲＸ５０００、ＴＸ５０００就是一組配套使用的無線收發(fā)芯片，以它們?yōu)楹诵倪M行電路設(shè)計可以實現(xiàn)完整的無線通信系統(tǒng)。當(dāng)然，兩個器件也可以單獨使用，可設(shè)計構(gòu)成獨立的無線接收器和發(fā)射器。

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ＲＸ５０００接收器和ＴＸ５０００發(fā)射器芯片的工作頻率均為４３３．９２ＭＨｚ，工作電壓為２．２～３．７Ｖ，工作溫度范圍為－５０～＋１００℃，它們支持高達１１５．２ｋｂｐｓ的數(shù)據(jù)傳輸率。

ＲＸ５０００、ＴＸ５０００均提供有休眠模式（Ｓｌｅｅｐ Ｍｏｄｅ），這使其在沒有數(shù)據(jù)通信的時候可以降低芯片的功耗。ＴＸ５０００有Ｏｎ－Ｏｆｆ Ｋｅｙｅｄ ?ＯＯＫ? 和 Ａｍｐｌｉ-ｔｕｄｅ－Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｅｄ?ＡＳＫ?兩種可選的工作模式。在ＯＯＫ工作模式中，信號輸出端以通斷脈沖來表示信號“１”和“０”；而在ＡＳＫ工作模式中，輸出信號則分別以高、低電平來表示信號“１”和“０”；休眠模式的信號端通常被置于高阻狀態(tài)。ＯＯＫ模式的功耗較低，但數(shù)據(jù)傳輸率也低（１０ｋｂｐｓ）；ＡＳＫ模式的功耗較高，但數(shù)據(jù)傳輸率也較高（１１５．２ｋｂｐｓ）。由于在ＡＳＫ模式時，信號可調(diào)幅，因此抗干擾能力也較強，所以大多數(shù)應(yīng)用都采?。粒樱四Ｊ健９ぷ髂Ｊ降倪x擇可通過ＣＮＴＲＬ０和ＣＮＴＲＬ１引腳來設(shè)置。

一般情況，設(shè)計時都將ＲＸ５０００與ＴＸ５０００配套使用，但ＲＸ５０００應(yīng)選擇與ＴＸ５０００相同的工作模式。此時，ＲＸ５０００的ＣＮＴＲＬ０、ＣＮＴＲＬ１引腳僅用于工作模式與休眠模式的切換，而ＯＯＫ模式與ＡＳＫ模式的選擇則將對應(yīng)于不同的外圍電路。

本文著重介紹ＲＸ５０００、ＴＸ５０００的功能及應(yīng)用，而對其工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讀者可參考相關(guān)技術(shù)手冊[１][２]。

２ ＲＸ５０００和ＴＸ５０００的引腳功能

２．１ ＲＸ５０００引腳功能

ＲＸ５０００接收器芯片具有２０個引腳。圖１所示是其引腳排列圖，各引腳的具體功能如下：

ＧＮＤ１，ＧＮＤ２，ＧＮＤ３：參考接地端。

ＶＣＣ１，ＶＣＣ２：電源端，它們與地之間須接有旁路電容。

ＡＧＣＣＡＰ：自動增益控制端，該引腳與地之間所接的電容可設(shè)定保持ＡＧＣ（自動增益控制）的最小時間。該保持時間的設(shè)定可以避免ＡＧＣ發(fā)生顫動。對于給定的保持時間ｔＡＧＨ（μｓ），接地電容ＣＡＧＣ?μＦ?的值可按下式計算：

ＣＡＧＣ＝１９．１ ｔＡＧＨ

但應(yīng)注意，ＡＧＣ的保持時間不應(yīng)太長，否則會導(dǎo)致反應(yīng)變慢而影響電路的靈敏性。

ＰＫＤＥＴ：峰值檢測控制端，該引腳與地之間所接的電容可設(shè)定峰值檢測器衰減倍數(shù)，若使其衰減率固定在１?１０００，對于給定的基帶電容ＣＢＢＯ來說，接地電容ＣＰＫＤ的值可按下式計算：

ＣＰＫＤ＝０．３３ＣＢＢ０(ｐＦ)

ＢＢＯＵＴ：基帶輸出端，該引腳通過一電容ＣＢＢＯ與ＣＭＰＩＮ相連可驅(qū)動內(nèi)部數(shù)據(jù)限幅器。

ＣＭＰＩＮ：內(nèi)部數(shù)據(jù)限幅器輸入端。

ＲＸＤＡＴＡ：接收器數(shù)據(jù)輸出端，在休眠模式時，該引腳被置于高阻態(tài)。

ＮＣ：懸空。

ＬＰＦＡＤＪ：低通濾波器帶寬調(diào)整端，其帶寬可由該引腳的接地電阻ＲＬＰＦ來設(shè)置，它們之間具有如下關(guān)系式：

ＲＬＰＦ＝１４４５／ｆＬＰＦ(ｋＨｚ)(ｋΩ)

ＲＲＥＦ：外接參考電阻端，通常應(yīng)接一１００ｋΩ的電阻到地。

ＴＨＬＤ１：數(shù)據(jù)限幅器（ＤＳ１）閾值設(shè)置端，該引腳一般通過一電阻ＲＴＨ１與ＲＲＥＦ相連，其閾值與該電阻的阻值成正比。若將ＴＨＬＤ１與ＲＲＥＦ直接相連，則閾值為０；通過電阻相連時，如果ＴＨＬＤ２端懸空，則ＲＴＨ１的阻值范圍為０～１００ｋΩ，提供的ＴＨＬＤ１閾值范圍為０～９０ｍＶ?如果同時使用ＴＨＬＤ２端，則ＲＴＨ１的阻值范圍為０～２００ｋΩ，而其提供的ＴＨＬＤ１閾值范圍亦為０～９０ｍＶ。

ＴＨＬＤ２：數(shù)據(jù)限幅器（ＤＳ２）閾值設(shè)置端，該腳用法與ＴＨＬＤ１相同。ＲＴＨ２的阻值范圍為０～２００ｋΩ，提供的ＴＨＬＤ２閾值范圍為０～１２０ｍＶ。

ＰＲＡＴＥ：脈沖占空比調(diào)節(jié)端。

ＰＷＩＤＴＨ：脈沖寬度調(diào)節(jié)端。

ＣＮＴＲＬ１，ＣＮＴＲＬ０：芯片工作模式選擇端。當(dāng)ＣＮＴＲＬ１與ＣＮＴＲＬ０均為高電平時，選擇接收模式；兩者均為低電平時，選擇休眠模式（Ｓｌｅｅｐ Ｍｏｄｅ）。應(yīng)當(dāng)注意：這兩腳不能被空置。

    ＲＦＩＯ：接收器無線信號輸入端，該端一般在使用時接天線。

２．２ ＴＸ５０００引腳功能

ＴＸ５０００引腳排列如圖２所示。其主要引腳的功能如下：

ＴＸＭＯＤ：發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端。

ＣＮＴＲＬ１，ＣＮＴＲＬ０：芯片工作模式選擇端。當(dāng)ＣＮＴＲＬ１為高而ＣＮＴＲＬ０為低時，為ＡＳＫ模式；而當(dāng)ＣＮＴＲＬ１為低且ＣＮＴＲＬ０高時，為ＯＯＫ模式；ＣＮＴＲＬ１和ＣＮＴＲＬ０均為低時，為休眠模式。

ＲＦＩＯ：無線信號輸出端，使用時接天線。

３　無線收發(fā)電路

采用ＲＸ５０００和ＴＸ５０００設(shè)計的無線接收和發(fā)射電路分別如圖３、圖４所示，這兩個電路均被設(shè)置為ＡＳＫ模式。

４　足球機器人無線通信應(yīng)用

實際上，上述無線收發(fā)電路可以方便地嵌入到各種測量和控制系統(tǒng)中，以用于儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)通信以及計算機遙控等。下面介紹ＲＸ５０００和ＴＸ５０００在足球機器人無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。

    機器人足球是近幾年在國內(nèi)外迅速開展起來的高技術(shù)對抗活動，已舉行了多屆微型機器人世界杯足球比賽，有十余個國家的二、三十支代表隊參賽，已經(jīng)達到相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平?３?。足球機器人系統(tǒng)由機器人、視覺系統(tǒng)、主機系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)組成。主機系統(tǒng)與機器人之間通過無線通信聯(lián)系。具體來說，就是主機通過發(fā)射器以無線方式發(fā)送動作命令，然后由機器人上的接收器接收，這實際上就是一個單向通信系統(tǒng)。

目前各參賽隊使用的機器人通信系統(tǒng)，大多采用的是Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｘ公司生產(chǎn)的具有收發(fā)功能的通訊模塊ＢＩＭ－４３３和ＢＩＭ－４１８，它們的工作頻率分別為４３３ＭＨｚ和４１８ＭＨｚ，工作電壓為２．７～６．２６Ｖ，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為４０ｋｂｐｓ，戶內(nèi)傳輸距離為３０米，戶外可達１２０米。由于足球機器人的通信系統(tǒng)只是單向系統(tǒng)（即主機→機器人），但在發(fā)射器和接收器上均采用具有收發(fā)功能的ＢＩＭ雙向通訊模塊，這實際上是一種浪費，而且還增大了功耗，提高了設(shè)計和制造成本（每片ＢＩＭ通訊模塊的價格高達五六百元）。若采用本文介紹的無線收發(fā)電路，不僅可避免功能的浪費，還可減少功耗，降低成本（每片ＲＸ５０００、ＴＸ５０００的價格不到一百元），而且數(shù)據(jù)傳輸率也比ＢＩＭ模塊高。雖然傳輸距離比ＢＩＭ小，但經(jīng)測試，在戶內(nèi)可達２０米，在戶外也可以達到１００米以上，完全可以滿足機器人足球比賽的要求。

本無線收發(fā)電路已應(yīng)用于某高校的足球機器人比賽系統(tǒng)，經(jīng)多次測試運行，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果十分良好。