基于TDA5235的車身控制器射頻接收模塊的硬件設計和調試

裴靜，湯自寧，汪春華，吳瑾

（中國汽車技術研究中心 汽車工程研究院，天津 300000）

引言

隨著汽車時代的到來，汽車無線通信技術得到了更為廣泛的應用[1]。TPMS已作為國家強制性標準，為人們駕車過程中提供安全保障。這些應用的工作頻段大多是315MHz和433MHz，除此之外，無線通信也已進到各行各業，安防、玩具等，目前市面上無線遙控產品也大多是工作在這兩個頻段[2]，因此，這兩個頻段的干擾源也比較多，這就需要設計一個穩定可靠的系統來減少干擾，提高靈敏度。

英飛凌車規級芯片 TDA5235射頻接收芯片，滿足多頻段，多調制方式，設計簡單，易于調試，接收靈敏度高，抗干擾能力強，成本低，可以很好的滿足汽車鑰匙以及胎壓監測的需求。

1 TDA5235接收芯片介紹

TDA5235是英飛凌公司推出的一款高靈敏度、低功耗ASK/FSK接收器，滿足多頻段，這款無線接收器主要應用在遙控車門開關系統，遠程啟動應用程序，胎壓監測，短距離無線數據傳輸，無線報警系統等方面。

TDA5235芯片內置低噪聲放大器（LNA），雙平衡混合器、壓控振蕩器（VCO），鎖相環（PLL），晶振，限幅器，鎖相環 FSK解調器（PLL FSK Demodulator），數字濾波器（Data Filter），數字限幅器（Data Slicer），峰值檢波器（Peak Detector）等電路，同時，它還具有自動休眠功能，可減少電池消耗，芯片內部結構圖如圖1所示。

總結來說，該芯片具有以下特性[3]：

（1）滿足多波段（315MHz、434MHz、868MHz和915MHz）；

（2）一個晶體頻率用于所有支持的頻段；

（3）低功耗（關機時0.8uA，運行模式12mA）；

（4）數據傳輸速率高達112kchip/s；

（5）自主接收模式可減少主機處理器的噪音；

（6）RSSI(Received Signal Strength Indication)峰值探測器；

（7）極高靈敏度：FSK典型值-118dBm，ASK-116dBm；

（8）NRZ數據預處理能力；

（9）ASK/FSK兩種調制模式；

（10）多個嵌入式解碼和解調機制；

（11）UFFB模式無數據可用時，降低接收器活動時間；

（12）內部集成IF濾波器，也可支持外部CER濾波器；

（13）芯片內置溫度傳感器；

（14）工作溫度范圍-40～+105℃；

（15）集成四線SPI接口總線

（16）供電電壓范圍：3.0V～3.6V或4.5V～5.5V；

（17）所有引腳上加+/-2KV ESD保護；

（18）PG-TSSOP-28封裝。

圖1 TDA5235內部框圖

2 硬件設計

下圖 2為射頻接收模塊的硬件原理圖設計，主芯片TDA5235的外圍電路主要有中頻濾波器、晶振、匹配電路，以及一些輔助電路。由C110、C111、C112組成的濾波網絡對天線端的進行匹配，由C109、L3組成的濾波網絡對芯片端進行匹配，天線接收到的無線信號經過第一個匹配網絡，再經過一個中心頻率為433.92MHz的帶通濾波器，進入到第二個匹配網絡到達芯片23腳，經過芯片內部的LNA(低噪聲放大器)放大后，進入到MI引腳與VCO產生的信號進行混頻，將高頻信號中的數據信號分離出來，然后經過一個10.7MHz的陶瓷中頻濾波器，再經過內部限幅器，最后信號被一個比較器分離，產生最終的數據電平信號[4]。

圖2 射頻接收模塊設計原理圖

3 軟硬件調試

在接收模塊設計完成之后，需要匹配的電路有兩個部分，天線端濾波網絡和芯片端濾波網絡，濾波網絡匹配的好壞直接影響接收模塊的接收靈敏度，我們要滿足裝車后RKE接收距離達到30米，RKE調制模式為FSK，信號頻率為434.42 MHz±72KHz，TPMS調制模式為FSK，信號頻率為433.92 MHz，需要檢測輪胎的溫度、壓強等信息[5]。

圖3 天線阻抗匹配仿真結果

用矢量網絡分析儀測試 PCB板制天線的阻抗大約為（19+j81）Ohm，要將天線的阻抗值通過匹配網絡匹配到50Ohm。以天線阻抗值為起始點，對PCB天線采用L型匹配網絡進行匹配，先對阻抗匹配結果進行簡單仿真，如下圖 3所示。最后經過調試確定串聯電容值 3.6pF和并聯電感值18nH。

圖4 TDA5235輸入阻抗匹配仿真結果

同樣過程對芯片 LNA輸入進行阻抗匹配，最終采用 T型匹配網絡將LNA輸入阻抗匹配到50Ohm，如圖4所示是仿真的芯片輸入阻抗匹配結果圖，最終元件值需實際調試后確定。

接收天線采用PCB印制天線，相對于立體支架天線，既能降低成本，又能減小空間體積。天線寬度設計為2mm，長度為112mm，為了避免天線受到磨損影響性能，將天線印制在PCB內層。PCB采用四層板，中間介質層為介電常數4.4的FR4介質板，該方案的實物圖如圖5所示。

圖5 接收電路PCB

4 結論

整個TDA5235方案外部器件數量少，PCB布局所占空間較小，因此降低了成本，縮小了控制器尺寸。對該方案進行了臺架、裝車、EMC和環境性能驗證，滿足產品配套要求。測試結果表明，該方案具有抗擾能力強，靈敏度高，低功耗，低成本，應用靈活等優良特性。