射频无线接收发射系统设计

基于RXM-900-HP3/TXM-900-HP3的无线发射与接收系统设计
专业：通信工程
班级：06级1班
学生姓名：宋明威
学号：20064400130
指导教师：黄志伟
完成时间：2009年5月26日
【摘要】HP3射频接收发组件比前一代提供了更完整的兼容性等改进。

适用于低成本、高性能的902-928MHz频带的无线传输模拟或数字信号的收发。

所有HP3系列模块都具有8位串行通信功能，目前也新增了高达100位的。

引脚和封装兼容所有前几代，但其总的物理尺寸也有所减少。

现存贴片式和直插式两种。

理想情况下，HP3收发组件能够确定一个长达1000英尺可靠的传输模拟和数字信号的信道。

如同所有的Linx模块， HP3无需调整或补充射频元件（天线除外），即使没有经验的射频工程师也能自如运用。

【关键词】 H P3 射频收发封装
【Abstract】HP3 RF transceivers components offers complete compatibility and numerous enhancements over previous generations.The HP3 is designed for the cost-effective, high-performance wireless transfer of analog or digital information in the popular 902-928MHz band.All HP3 Series modules feature eight parallel selectable channels, but versions are also available which add serial selection of 100 channels.The HP3 is pin- and footprint-compatible with all previous generations, but its overall physical size has been reduced.Both SMD and pinned packages are available.When paired with an HP3 transceivers a reliable link is created for transferring analog and digital information up to 1,000 feet. (under optimal conditions).As with all Linx modules, the HP3 requires no tuning or additional RF components (except an antenna), making integration straightforward even for engineers without prior RF experience.
【key word】HP3 RF transceiver footprint
目录：
一、引言 (3)
二、 TXM-900-HP3简介 (3)
（一）主要特性 (3)
（二）应用范围 (3)
（三）芯片封装与引脚功能 (4)
（四）工作原理 (6)
（五）典型的表现曲线图 (7)
三、 RXM-900-HP3简介 (8)
（一）主要特性 (8)
（二）应用范围 (9)
（三）芯片封装与引脚功能 (9)
（四）工作原理 (12)
（五）典型的表现曲线图 (13)
四、应用电路设计 (15)
（一）双天线电路设计 (15)
（二）单天线电路设计 (16)
五、设计总结 (18)
六、主要参考文献 (18)
一、引言
随着科技的飞速发展，通信已经是最为迫切发展的热门行业。

而现代通信正向着无线通信技术的方向发展。

无线收发系统的设计成为了现代通信领域里的一大高端课题，无论短距离无线收发还是远距离无线收发都有待进一步发展。

本收发系统有主要由TXM-900-HP3、RXM-900-HP3两芯片构成，之所以选择这两款芯片是因为它们具有较高的性能，价格低廉，而且无需复杂的外部电路应用简单等诸多优点。

下面我们来一起了解一下这两款芯片，从而了解本系统。

二、TXM-900-HP3简介
（一）主要特性
1.8串行，100个序列（PS版本）使用者－可选择的信道；
2.FM/FSK调制性能卓越，抗噪性良好；
3.精密的频率合成；
4.透明的模数接口；
5.广泛的模拟能力，包括音频（50至28kHz）
6.设用温差广（-30 °C 至+85 °C）；
7.无需外设射频器件；
8.兼容HP系列之前的芯片；
9.具有低功率和中央标-准时间功能；
10.工作电压范围广（DC：2.8-13.0v）；
11.数据传输速率高（上线为56kbps）；
12.直插式或贴片式封装；
13.无需调制解调。

（二）应用范围
1.无线网络/数据传输；
2.无线模拟/音频；
3.家用/工业自动化；
4.远程访问/控制；
5.远程监听/遥感勘测；
6.远距离RFID技术；
7.乐器数字接口链接技术；
8.声音/音乐/对讲机链接。

（三）芯片封装与引脚功能
1.芯片封装
此芯片具有单列直插封装和贴片式封装两种，具体应用需要视具体情况而定。

单列直插封装的尺寸如图（1）所示，贴片式封装如图（2）所示,原理图如图（3）所示。

300：1
图（1）SIP Style
300：1
图（2）SMD Style
图（3）芯片原理图
2.引脚功能
两种封装的各引脚功能如表（1）所示。

表（1）TXM-900-HP3引脚功能表
引脚号
名称等效电路功能描述SMD SIP
1、3、
13、20
1 GND 模拟接地
2 2 ANT 50Ω射频输出
5 3 CS0 选路开关0
6 4 CS1/SS CLOCK 选路开关1/串行时钟选择
7 5 CS2/SS DA TA 选路开关2/串行数据选择
8 6 CTS 清空输出端，接高电平时芯片接
收信号
引脚号
名称等效电路功能描述SMD SIP
9 7 PND 自动关闭电源，接低电平时芯片将处于低电流状态，无法接收信
号
10 8 VCC 供给电压
11 9 MODE 模态选择。

接地为平行通道选择，接VCC 为序列通道选
择
12 10 DA TA
数字/模拟数据输入。

芯片将输出解调数字数
据。

4、
14-19、21-24
NC
仅SMD式封装
有
无电路链接，仅
供支持物理焊接（四）工作原理
HP3 系列发射器是高性能，多通道射频发射器。

能够传输物理（FM）和数字（FSK）信号。

调频/频移键控调制明显优于AM或OOK调制方式，在多个信号存在的情况下增加了抗噪声性能和接收的能力。

拥挤的频带中更能体现它的优势。

此芯片的工作原理框图如图（4）所示。

图（4）TXM-900-HP3方框图
精确12.00MHz电压控制晶体振荡器（VCXO）为发射机提供参考频率。

传入数据过滤以限制带宽，然后用来直接调节参考。

同时允许调制带宽和近直流调制，无需代码平衡。

12.00MHz参考调制频率适用于锁相回路（PLL）。

该PLL加上902-928MHz压控振荡器，形成了一个频率合成器，可以进行编程控制。

采用微控制器管理编程，极大地简化了用户界面。

没有复杂的编程要求，并允许手动或软件频道选择。

微控制器还能监测PLL和准备传送数据的CTS线。

该PLL锁定经扩增，增加了输出功率的发射机和孤立的VCO从天线。

输出缓冲放大器连接到一个过滤器网络，抑制谐波的发送。

信号到达单端天线端口，匹配50欧姆支持现有普通天线。

（五）典型的表现曲线图
图（5）Power-Up to CTS
图（6）TX Powerup to Valid RX Data
图（7）正弦波调制曲线
图（8）方波调制曲线
三、RXM-900-HP3简介
（一）主要特性
1.8串行，100个序列（PS版本）使用者－可选择的信道；
2.FM/FSK调制性能卓越，抗噪性良好；
3.高灵敏度（-100dBm）；
4.广泛的模拟能力，包括音频（50至28kHz）；
5.接收信号强度指示和自动待机；
6.精密的频率合成；
7.无需外设射频器件；
8.兼容HP系列之前的芯片；
9.数据传输速率高（上线为56kbps）；
10.工作电压范围广（DC：2.8-13.0v）；
11.串口通信；
12.直插式或贴片式封装；
13.设用温差广（-30 °C 至+85 °C）。

（二）应用范围
1.无线网络/数据传输；
2.无线模拟/音频；
3.家用/工业自动化；
4.远程访问/控制；
5.远程监听/遥感勘测；
6.远距离RFID技术；
7.乐器数字接口链接技术；
8.声音/音乐/对讲机链接。

（三）芯片封装与引脚功能
1.芯片封装
此芯片具有单列直插封装和贴片式封装两种，具体应用需要视具体情况而定。

单列直插封装的尺寸如图（9）所示，贴片式封装如图（10）所示，芯片原理图如图（11）。

300：1
图（9）SIP Style
300：1
图（10）SMD Style
图（11）芯片原理图
2.引脚功能
两种封装的各引脚功能如表（2）所示。

表（2）TXM-900-HP3引脚功能表
引脚号
名称等效电路功能描述SMD SIP
1 1 ANT 50Ω射频输入
2-8 2-8 GND 模拟接地
9
9、
19-39
NC
无电路链接，仅
供支持物理焊接
10 10 CS0 选路开关0
11 11 CS1/SS CLOCK 选路开关1/串行时钟选择
12 12 CS2/SS DA TA 选路开关2/串行数据选择
13 13 PND 自动关闭电源，接低电平时芯片将处于低电流状态，无法接收信
号
引脚号
名称等效电路功能描述SMD SIP
14 14 RSSI 接收信号强度指示器。

这条线将提供与收到的信号强度成正比的模拟电压
15 15 MODE 模态选择。

接地为平行通道选择，接VCC 为序列通道选
择
16 16 VCC 供给电压
17 17 AUDIO 回收模拟输出
18 18 DA TA
数字/模拟数据输出。

芯片将输出解调数字数
据。

（四）工作原理
此芯片是一种高性能的多通道的双转换超外差接收机芯片。

能够恢复接收到的匹配的发射机发射的模拟（FM）和数字（频移键控）信号。

调频/频移键控调制明显优于AM或OOK 调制方式，在多个信号存在的情况下增加了抗噪声性能和接收的能力。

拥挤的频带中更能体现它的优势。

此芯片的工作原理框图如图（12）所示。

图（12）RXM-900-HP3方框图
单端射频端口匹配到50欧姆，支持现有普通天线。

来自天线的射频信号过滤了表面声波（声表面波），滤波器衰减不必要的RF能量。

SAW滤波器提供比其他类型更高的性能。

低噪声放大器（LNA）放大信号，以增加接收器灵敏度，降低接收器的总噪声系数。

后低噪声放大器、混合信号与本地振荡器合成34.7MHz低于传入传输频率的第一中级中频（IF）信号。

第二个转换和FM解调，实现了高性能中频地带的34.7MHz混合由一个精确的晶体振荡器提供的24.0MHz频率。

由此产生的第二中频10.7MHz 然后高度扩增解调。

正交解调器是用来恢复基带信号。

解调波形经过滤后与原始信号相似。

信号发送到模拟输出引脚和数据切片机，其中规定平方数字输出通过数据输出引脚。

一个关键特点是透明数字输出，这并没有对平衡或占空比要求的范围内100bps至56kbps 。

采用微控制器管理编程，极大地简化了用户界面。

没有复杂的编程要求，并允许手动或软件频道选择。

微控制器还监测输入信号的强度并在没有足够强大的准确的数据检测时限制数据输出的信号时的强度。

（五）典型的表现曲线图
图（13）RX Enabled to Valid Data
图（14）Receiver RSSI
图（15）Worst Case RSSI Response Time
图（16）BER vs. Input Power (typical)
四、应用电路设计
（一）双天线电路设计
由于所选的这两款芯片都有无需繁杂的外部电路的特点，所以构建这个射频发射接收系统难度大大降低了，正如芯片介绍中所说的，即使是缺乏经验的射频工程师也能够自如的运用这两款芯片。

本系统分为接收模块和发射模块两部分，没有其他外部电路，电路原理图如图（17）所示，其PCB图如图（18）所示，PCB覆铜效果图如图（19），3D效果图如图（20）。

图（17）电路原理图
图（18）PCB图
图（19）PCB覆铜效果图
图（20）3D效果图
（二）单天线电路设计
考虑到有些时候对通信质量要求不是很高，收发不同时进行，而且通信信息量很少的情况下，可以考虑使用收发管，即天线开关，使发射模块和接收模块共用一个天线，这样在一定情况下可以节省资源。

这样的电路设计也非常简单，只是增加了一个天线共用模块，其他电路与第一个电路基本一样。

电路原理图如图（21）所示，其PCB图如图（22）所示，PCB覆铜效果图如图（23），3D效果图如图（24）。

图（21）电路原理图
图（22）PCB图
图（23）PCB覆铜效果图
图（24）3D效果图
五、设计总结
做这个设计从开始的题目选择就遇到了重重困难，经过一番努力，以及指导老师和同学们的帮助，终于按时的把这个设计做完了。

回想两周以来虽然没有学习新的理论知识，但我还是受益良多。

首先在芯片选择上，从众多芯片中选出两款符合电路要求的芯片就花费了很多时间。

在选择芯片是阅读芯片资料中我巩固了我的专业英语方面的知识，增加了词汇量，阅读水平也有所提高。

选择芯片时时粗略的看一下芯片资料，在选定之后的仔细阅读芯片资料中有遇到了关于模电数电方面的知识，还有一些其他电路方面的东西，虽然很多都是课本上学过的东西，但更总要的是知道了自己学到的知识是怎样在实际中应用的。

在研究过芯片资料后的电路设计中，熟练了protel的相关操作，电路原理图的设计和PCB图的生成，以及对应3D效果图的预览，这些技能都是书本上很难学到得，只有在实际动手操作时才能体会的到。

两周的时间很快就过去了，在这两周之内我们不但学到了书上有的和没有的宝贵的知识，而且在实际动手中同学们互相帮助，互相学习，共同讨论问题，解决问题，在这过程中我们的同学关系更加融洽了，正所谓团结就是力量，我们的学习，我们的生活都在继续，我们的明天正等着我们努力去创造着，大家一起努力吧！
六、主要参考文献
参考文献部分应列出在设计过程中参考的主要书籍、刊物、杂志等。

参考文献的格式如下：
1.黄智伟.无线发射与接收电路设计,北京航空航天大学出版社2007. 7(第2版)
2.黄智伟.无线发射与接收电路设计,北京航空航天大学出版社2004. 5
3.黄智伟.单片无线数据通信IC原理应用,北京航空航天大学出版社200
4.11
4.黄智伟.无线通信集成电路,北京航空航天大学出版社200
5.7
5.黄智伟.蓝牙硬件电路,北京航空航天大学出版社2005.7
6.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计,北京航空航天大学出版社2006.11
7.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计,北京航空航天大学出版社2006.11
8.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练,北京航空航天大学出版社,2007.2
9.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训,北京航空航天大学出版社,2007.2
10.黄智伟.无线数字收发电路设计, 电子工业出版社,2003.5
11.黄智伟.射频集成电路原理与应用设计,电子工业出版社,2004.3
12.黄智伟.单片无线收发集成电路原理与应用,人民邮电出版社,2005.6
13.黄智伟.射频小信号放大器电路设计,西安电子科技大学出版社2008.1
14.黄智伟.通信电子电路,机械工业出版社,2007.7
15.黄智伟.射频电路设计,电子工业出版社,2006.1
16.黄智伟.GPS接收机电路设计,国防工业出版社,2005.7
17.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程, 电子工业出版社,2005.1
18.黄智伟.FPGA系统设计与实践, 电子工业出版社,2005.1
19.黄智伟.基于mulitisim2001的电子电路计算机仿真设计与分析, 电子工业出版社,2004.7
20.黄智伟.凌阳单片机课程设计,北京航空航天大学出版社,2007.5。