ISM波段單片FSK無線收發器AT86RF211

作者：長春工程學院信息工程系,閆勝利時間：2003-06-13 來源：電子設計應用

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AT86RF211是ATMEL公司最新推出的ISM波段單片FSK無線收發器，可廣泛應用于遠程測量、遠程控制、安全報警、無線MODEM、無線抄表系統、手持終端、雙向通訊、自動化儀表等領域，是目前性能最好的無線數據傳輸產品之一。
=AT86RF211主要特性
頻率400MHz~950MHz，數字調節200Hz/Steps；2.4V低電壓工作，低功耗、待機0.5mA；卓越節電設計，內置可編程遠程智能喚醒功能；數字調節傳輸速率，速率可高達64Kbps；可調通訊距離，可達1000米范圍；FSK調制，直接串行數據輸出，無需曼徹斯特解碼；集成快速收發轉換控制，轉換時間<200ms；輸出功率可調，8級數字調節；VCC與RSSI數字檢測輸出；全數字接口，專用控制和狀態寄存器；非常高的輸出能力允許使用印刷天線:在915MHz頻帶中為+10dBm；在868MHz頻帶中為+12dBm；在433MHz頻帶中為+14dBm。

AT86RF211內部框圖及內部功能
AT86RF211內部框圖見圖1，功能如下。

圖1AT86RF211內部框圖

圖2寄存器讀/寫時序

基準振蕩頻率選用晶體振蕩器，可選10.245MHz或20.945MHz，當取CL=16pF時，電容的取值為82pF、56pF、15pF、6.5/30pF；當取CL=20pF時，取值為68pF、68pF、33pF、6.5/30pF。
頻率合成器(FrequencySynthesis)：是一個完整的高速、高分辨率、多回路頻率合成器，可工作在400MHz~480MHz和800MHz~950MHz兩個頻段，通過狀態寄存器F0~F3設定。合成器濾波器元件(圖4中41、42腳元件)取值有三種：窄帶(14.7KW+2.2nF)//220pF；標準(3.3KW+5.6nF)//560pF；高速數傳(10KW+1nF)//100pF。
接收發送選擇開關：在發送信號時呈高阻狀態，切斷PA到LNA的通路。在RX/TX控制位的控制下自動切換開關狀態。
·RF濾波器：使用SAW帶通濾波器能提高AT86RF211的抗擾性。選用元件要保證接收發送選擇開關輸出和LNA輸入匹配，868MHz典型應用時，用50W/50WSAW濾波器。
低噪聲放大器/混頻器1(LNA/MIXER1)：電壓增益從11dB~17dB可控；帶寬1.2GHz；900MHz時LNA自身噪聲3dB(匹配良好時)，最大增益時總噪聲8dB，最小增益時總噪聲12dB；
中頻濾波器1(IF1)：選用常用的陶瓷濾波器，也可以用大于100pF的電容耦合來代替。
中頻放大器1增益/混頻器2(IF1 AMP+MIXER2)：IF1輸入匹配為330Ω，典型應用時總增益14dB。
中頻濾波器2(IF2)：IF2完成窄帶頻道選擇，可用一個大于1nF的電容代替LC帶通濾波器。實際上頻帶選擇主要由IF1完成。
中頻放大器2(IF2 AMP)：輸入阻抗1.7KW,信號由455KHz的中頻濾波器2輸入。IF2DEC(31腳)接2.2nF的去耦電容。
接收信號強度指示(RSSI)輸出：IF2的信號經ADC轉換后存放在狀態寄存器中作為6位RSSI數值。
FSK調制器：由PLL控制工作在穩定的455KHz頻率上，串行數字輸出，無需曼徹斯特解碼。
數據限幅器(DATA SLICER)：限制鑒相器輸出電壓(27腳)。
功率放大器(PA)：天線阻抗匹配正確時，能夠輸出不低于+10dB的功率。當RPOWER取值為10KW時，433MHz、868MHz、915MHz輸出功率分別為+14dB、+12dB、+10dB。
控制邏輯(CONTROL LOGIC)：通過接口可以連續監示和控制AT86RF211芯片工作狀態。接口有三條引線：輸入使能端(SLE)、控制時鐘輸入端(SCK)和控制數據輸入輸出端(SDATA)。當SLE=1，SCK、SDATA的數據不能進入芯片，此時只有寄存器可以讀寫；SLE=0，SCK、SDATA有效。
寄存器：AT86RF211的寄存器結構如表1所示，R/W=1時，寄存器處于寫狀態，讀寫時序如圖2所示。

圖3微控制器接口電路

表1
地址讀寫數據(32位)
A3A2A1A0 R/W D31-D0

典型應用及與微控制器的接口
AT86RF211提供了6個用戶可使用的接口，包括數據收發(DATA MSG)、數據收發同步時鐘(DATACLK)、遠程喚醒接口(WAKE UP)；另外3個是上述控制數據輸入輸出專用接口的SLE、SCK和SDATA。
AT86RF211可以直接與微控制器芯片連接，無須進行曼徹斯特碼轉換，是標準的COMS電平。數據傳輸是串行傳輸(用戶數據和控制數據)，數據傳輸速率不能大于64Kbps，應與控制寄存器中設定的頻率相同。
圖3所示的接口電路是一個綜合用途的接口電路，可作為無線抄表(電流)系統或無線數傳系統。當作無線抄表系統使用時，電流值數據由A/D芯片TLC549轉換后通過單片機輸入給AT86RF211進行發送。由MAX232構成與計算機的通訊接口，通過上位機可以進行數據無線傳輸，即構成數傳系統。AT86RF211構成的無線收發部分如圖4所示。PCB射頻部分使用FR-4雙面板(1.6mm厚)，頂層為元件面(均為貼片元件)，底層為連續的地，兩層的連通孔多放一些。圖4中所有與電源連接的管腳都應放一個100nF的去耦電容。射頻部分和單片機部分的電源分開設計，信號線不能與濾波器線路靠近。