数字接收电路设计研究论文

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摘要：TH71101是一个单片射频接收器芯片，工作在300～450MHzISM频段；片内包含低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路，能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。文中给出了TH71101的结构、原理、特性及应用电路。

关键词：无线接收FSKASK频率合成器TH71101

1概述

TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片，工作在300～450MHzISM频段，能与TH7107等芯片配套，实现ISM频段无线模拟和数字信号传输；内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s，ASK数据速率达80kb/s，FM带宽15kHz；灵敏度111dBm。电源电压2.5～5.5V,工作电流8.2mA，待机电流<100nA。适用于ISM（工业、科学和医学）频率范围内的各种应用，如数据通信系统、无钥匙进入系统、遥控遥测系统、安防系统等。

2芯片封装与引脚功能

TH71101采用LQFP32封装，各引脚功能如表1所列。

表1TH71101引脚功能

引脚号符号功能

1VEE地

2GAIN-LNA低噪声放大器（LNA）增益控制

3OUT-LNALNA输出，连接到外接的LC调谐回路

4IN-MIX1混频器1（MIX1）输入，单端阻抗约33Ω

5VEE地

6IF1P中频1（IF1）集电极开路输出

7IF1N中频1（IF1）集电极开路输出

8VCC电源输入

9OUT-MIX2混频器2（MIX2）输出，输出阻抗约330Ω

10VEE地

11IFA中频放大器（IFA）输入，输入阻抗约2.2kΩ

12FBC1连接外接的中频放大器反馈电容

13FBC2连接外接的中频放大器反馈电容

14VCC电源输入

15OUT-IFA中频放大器输出

16IN-DEM解调器（DEMOD）输入

17VCC电源输入

18OUT-OA运算放大器（OA）输出

19OAN运算放大器（OA）负极输入

20OAP运算放大器（OA）正极输入

21RSSIRSSI输出，输出阻抗约36kΩ

22VEE地

23OUTPFSK/FM正输出，输出阻抗100300kΩ

24OUTNFSK/FM负输出，输出阻抗100300kΩ

25VEE地

26RO基准振荡器输入，外接晶体振荡器和电容

27VCC电源输入

28ENRX模式控制输入

29LF充电泵输出和压控振荡器1（VCO1）控制输入

30VEE地

31IN-LNALNA输入，单端阻抗约26Ω

32VCC电源输入

3芯片内部结构与工作原理

TH71101内部结构框图如图1所示。芯片内包含低噪声放大器（LNA）、两级混频器（MIX1、MIX2）、锁相环合成器（PLLSynthesizer）、基准晶体振荡器（RO）、充电泵（CP）、中频放大器（IFA）、相频检波器（PFD）等电路。

LNA是一个高灵敏度接收射频信号的共发、共基放大器。混频器1（MIX1）将射频信号下变频到中频1（IF1），混频器2（MIX2）将中频信号1下变频到中断信号2（IF2），中频放大器（IFA）放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。相位重合解调器和混频器3解调中频信号。运算放大器（OA）进行数据限幅、滤波和ASK检测。锁相环合成器由压控振荡器（VCO1）、反馈式分频器（DIV16和DIV2）、基准晶体振荡器（RO）、相频检波器（PFD）、充电泵（CP）等电路组成，产生第1级和第2级本振信号LO1和LO2。

图2FSK接收电路图

使用TH71101接收器芯片可以组成不同的电路结构，以满足不同的需求。对于FSK/FM接收，在相位重合解调器中使用IF谐振回路。谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。对于ASK结构，RSSI信号馈送到ASK检波器，ASK检波器由OA组成。

图3ASK接收电路

TH71101采用两级下变频。MIX1和MIX2由芯片内部的本振信号LO1和LO2驱动，与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制，如表2和表3所列。有效的射频前端滤波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC滤波器，在LNA的输出使用LC滤波器。

表2基准频率fREF、本振频率fL0、中频fIF与FRF镜像抑制关系

注入类型低端高端

fREF（fRF-fIF）/16fRF+fIF/16

fLO16·fREF16·fREF

fIFfRF-fLOfLO-fRF

fRFimagefRF-2fIFfRF+2fIF

表3在fIF=10.7MHz时，基准频率fREF、本振频率fL0与fRF镜像抑制的关系

参数fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz

低高低高

fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875

fLO/MHz304.3325.7422.9444.3

fRFimage/MHz293.6336.4412.2455.0

4应用电路设计

基于TH71101的FSK和ASK应用电路如图2、3所示。TH71101与单片机的接口电路如图4所示。

ENRX=“0”时，接收模块进入待机状态，ENRX=“1”时，接收模块进入接收状态。TH71101解调输出数据经RXD进入单片机，数据格式和数据速率由用户根据需要确定。应注意的是：FSK数据速率不能超过40kb/s，ASK数据速率不能超过80kb/s。