FSK超外差式434Mhz無線接收模塊的設計

摘 要：射頻通信技術已深入各行各業，為解決434MHz無線接收模塊在工作中易受到雜波信號干擾，接收靈敏度低的缺點，文章設計了一種高靈敏度、FSK解調方式的無線接收模塊方案。該方案采用INFINEON公司設計的集成度高、分立元件少的TDA5210高頻接收芯片，通過在信號接收前端電路中插入高Q值的聲表面波濾波器（SAWF，surface acoustic wave filter），增強接收模塊的頻率選擇性，并抑制高次諧波對系統造成的干擾，依據最大功率傳輸理論，匹配天線端輸入阻抗到50歐姆以增強系統對信號的接收強度。實驗表明，該無線接收模塊方案具有接收靈敏度高，噪聲抑制能力強，工作穩定的特點。

關鍵詞：無線接收；434MHz；英飛凌

在無線通信技術中，高頻信號的頻率調制方式由于具有頻率響應好、抗干擾能力強、信號保真度高等優點，在各行業中得到了廣泛應用。有限的可用頻率資源的充分利用性和電磁兼容等問題對調頻無線通信技術的應用嚴格性的要求，使得人們在遵循無線電技術法規要求的前提下，設計出高穩定性、抗干擾能力強的通信產品以滿足品質的需求。現在市場上普遍采用的是UHF頻段的315MHz頻段，調制和解調方式大多以ASK為主，433MHz頻段近年來得到了廣泛應用，如智能家居系統[1]等。本文針對433MHz頻段FSK調制方式的發射端，設計了易于調試的接收端方案，文中給出了詳細的調試方法，通過應用高Q值的聲表面波濾波器[2]（SAWF，surface acoustic wave filter），增強了接收模塊的頻率選擇性，提高了系統的抗干擾能力。

1 芯片介紹

TDA5210是INFINEON公司生產的低功耗、具有自動休眠功能的超外差式 FSK/ASK解調方式接收芯片，集成度較高，僅需搭載少量的外圍器件。主要適用于遠程控制系統，無線進入系統，報警系統和低比特率通信系統。其內部框圖如圖1所示。TDA5210的工作頻段可以在400MHz 到440MHz，810MHz到870MHz之間進行選擇，該芯片內部集成了低噪放大器[3]（LNA），雙平衡混頻器，壓控振蕩器（VCO），鎖相環電路（PLL），晶體振蕩器，限幅器，鎖相環 FSK解調電路，數據濾波器，數據限幅器和峰值檢波電路[4]。其各引腳的功能如表1所示。

2 系統框圖及應用

超外差式434Mhz無線接收模塊的系統框圖如圖2所示。該系統應用于無線電動門控制系統。

整個系統由434Mhz的發射端和接收端構成，本文主要設計接收端電路。接收機主控MCU采用MICROCHIP 公司生產的44pin-PIC16F877A芯片，該芯片具有工業級的工作溫度范圍，寬范圍的工作電壓，可在2V到5.5V電壓范圍內進行運算操作，低功耗的休眠模式設計，降低了系統的功耗，尤其是該芯片的在電路編程和調試功能，極大的縮短了系統的調試周期。SAW選用KYOCERA公司生產的PAFC433.92AR00型號的聲表面波濾波器，該型號濾波器具有最大4dB的插入損耗，，帶寬200kHz，屬于帶通濾波器類型，封裝尺寸只有5mm*5mm*1.6mm的SMD封裝，極小的占用了PCB的空間。EEROM芯片采用ATMEL公司生產的2線制串行接口，1Kb的存儲空間芯片AT24C01，工作溫度范圍較寬，非常適合工業級的應用。電源芯片選用TI公司生產的TPS71750芯片，固定5V電壓輸出、驅動電流可達150mA、具有高信噪抑制比（PSRR）、低靜態電流、低噪聲的特點。

3 原理圖設計及硬件調試

圖3中，C6、C9和L1構成整體電路的匹配網絡，L2、C4和C7構成芯片端的匹配網絡，系統選用434Mhz的通信頻率及FSK的解調方式，所以第15引腳需接地，第11引腳需開路處理。芯片內部集成的LNA其增益與第6引腳和第8引腳的選值有關。LNA的輸出（第6引腳）經混頻器與鎖相環電路的運算后，輸出信號到中頻濾波器（U3）進行濾波處理，中頻濾波選用標準的10.7Mhz的陶瓷濾波器，中心頻率10.7Mhz，3dB帶寬150Khz±50Khz。芯片內部集成的PLL電路主要有VCO電路、異步分頻器、相位檢測器、環路濾波器構成。分頻器的分頻率取決于外部晶振的選擇，本文中選用6.6Mhz的晶振，芯片的第16引腳需開路處理。第27引腳為使能引腳，當芯片未使能時，芯片進入休眠模式，耗電流可低至50nA。

接收模塊的各個元器件在LAYOUT時的走線應盡量短，高頻電路與低頻電路分開，濾波電容的放置靠近芯片的引腳，元器件的布局應該緊湊整齊，為降低系統的誤碼率[6]，天線的布局應遠離晶振，以免晶振產生的高次諧波進入到天線端影響到模塊的接收性能。

依據最大功率傳輸理論，利用網絡分析儀首先匹配芯片端的匹配網絡L2、C4和C7，逐步調整各元器件的選值，直至阻抗接近50歐姆；之后調整C6、C9和L1所構成的整體電路的匹配網絡，調整匹配網絡到50歐姆，要求此刻的駐波比小于2。本文中采用信號發生器結合示波器的方法，利用信號發生器在天線端注入434MHz的高頻信號，設置信號發生器的發生頻率為434Mhz，FSK調制，兩點頻寬50khz，采用示波器量測電路中的信號走向，分別測試第3引腳、第6引腳、第17引腳和第25引腳的波形，微調電路圖中的元器件選值，直至調整到第25引腳（DATA輸出）的輸出波形如圖4所示。

若調整過程中出現數據端的數據波形不完整或伴隨有其他雜波，則重新進行網絡匹配并記錄調試出完整波形時信號發生器的輸出功率，網絡匹配值要求駐波比小于2，阻抗接近50歐姆，反射系數小于0.1。微調各引腳處的元器件，測試輸出波形，直至接收模塊的接收靈敏度不低于-100dB，如圖4中所示，信號波形清晰完整。

4 結束語

本文詳細闡述了434Mhz無線接收模塊的設計，并說明了模塊的硬件調試方法，介紹了該模塊在無線電動門控制系統中的應用，通過應用SAW（聲表面波濾波器）在無線信號接收電路的前端，改善了噪聲信號對接收模塊的影響，增強了接收模塊的頻率選擇性，對研究提高系統的抗干擾能力有一定意義。

參考文獻

[1]劉杰，章韻.利用433MHz射頻通信技術實現智能家居系統[J].計算機應用，2012（S2）.

[2]趙肖，代少升.聲表面波RFID接收機的設計[J].電子技術應用，2012（11）.

[3]王楓，胡永忠.UHF頻段無線收發信機前端設計[J].電子設計工程，2011（1）.

[4]Infineon Technology.TDA5210 Datasheet V3.0.[EB/OL].http：//www.infineon.com.

[5]韓鈺彥，陳強，薛仲景.低插損窄帶型10.7MHz壓電陶瓷濾波器的研制[J].電子元件與材料，2003（2）.

[6]張愛民，王星全.自適應陣列智能天線抗干擾性能研究[J].電子技術應用，2012（1）.