无线收发电路分析论文

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摘要：RX5000和TX5000分别是RFMicroDevices公司专为小范围单向无线通信设计生产的接收器和发射器芯片。它们体积小，功耗低，价格便宜，而且性能稳定，使用方便。文中介绍了RX5000、TX5000的特点与功能，给出了以这两种器件为核心设计的无线收发电路，并对其在足球机器人无线通信系统中的应用进行了说明。

关键词：无线通信；RX5000；TX5000；足球机器人

RX系列和TX系列无线收发芯片是RFMicroDevices公司专门为小范围单向无线通信设计的集成电路。该系列芯片具有体积小，功耗低，价格便宜等优点，而且性能稳定，容易使用。芯片中集成了几乎所有的无线通信功能。由于所需外设很少，因而电路设计简单，是小范围无线控制以及数据通信的理想选择。本文介绍的RX5000、TX5000就是一组配套使用的无线收发芯片，以它们为核心进行电路设计可以实现完整的无线通信系统。当然，两个器件也可以单独使用，可设计构成独立的无线接收器和发射器。

1RX5000和TX5000的特点

RX5000接收器和TX5000发射器芯片的工作频率均为433．92MHz，工作电压为2．2～3．7V，工作温度范围为－50～＋100℃，它们支持高达115．2kbps的数据传输率。

RX5000、TX5000均提供有休眠模式（SleepMode），这使其在没有数据通信的时候可以降低芯片的功耗。TX5000有On－OffKeyedOOK和Ampli-tude－ShiftKeyedASK两种可选的工作模式。在OOK工作模式中，信号输出端以通断脉冲来表示信号“1”和“0”；而在ASK工作模式中，输出信号则分别以高、低电平来表示信号“1”和“0”；休眠模式的信号端通常被置于高阻状态。OOK模式的功耗较低，但数据传输率也低（10kbps）；ASK模式的功耗较高，但数据传输率也较高（115．2kbps）。由于在ASK模式时，信号可调幅，因此抗干扰能力也较强，所以大多数应用都采取ASK模式。工作模式的选择可通过CNTRL0和CNTRL1引脚来设置。

一般情况，设计时都将RX5000与TX5000配套使用，但RX5000应选择与TX5000相同的工作模式。此时，RX5000的CNTRL0、CNTRL1引脚仅用于工作模式与休眠模式的切换，而OOK模式与ASK模式的选择则将对应于不同的外围电路。

本文着重介绍RX5000、TX5000的功能及应用，而对其工作原理和内部结构，读者可参考相关技术手册[1][2]。

2RX5000和TX5000的引脚功能

2．1RX5000引脚功能

RX5000接收器芯片具有20个引脚。图1所示是其引脚排列图，各引脚的具体功能如下：

GND1，GND2，GND3：参考接地端。

VCC1，VCC2：电源端，它们与地之间须接有旁路电容。

AGCCAP：自动增益控制端，该引脚与地之间所接的电容可设定保持AGC（自动增益控制）的最小时间。该保持时间的设定可以避免AGC发生颤动。对于给定的保持时间tAGH（μs），接地电容CAGCμF的值可按下式计算：

CAGC＝19．1tAGH

但应注意，AGC的保持时间不应太长，否则会导致反应变慢而影响电路的灵敏性。

PKDET：峰值检测控制端，该引脚与地之间所接的电容可设定峰值检测器衰减倍数，若使其衰减率固定在11000，对于给定的基带电容CBBO来说，接地电容CPKD的值可按下式计算：

CPKD＝0．33CBB0(pF)

BBOUT：基带输出端，该引脚通过一电容CBBO与CMPIN相连可驱动内部数据限幅器。

CMPIN：内部数据限幅器输入端。

RXDATA：接收器数据输出端，在休眠模式时，该引脚被置于高阻态。

NC：悬空。

LPFADJ：低通滤波器带宽调整端，其带宽可由该引脚的接地电阻RLPF来设置，它们之间具有如下关系式：

RLPF＝1445／fLPF(kHz)(kΩ)

RREF：外接参考电阻端，通常应接一100kΩ的电阻到地。

THLD1：数据限幅器（DS1）阈值设置端，该引脚一般通过一电阻RTH1与RREF相连，其阈值与该电阻的阻值成正比。若将THLD1与RREF直接相连，则阈值为0；通过电阻相连时，如果THLD2端悬空，则RTH1的阻值范围为0～100kΩ，提供的THLD1阈值范围为0～90mV如果同时使用THLD2端，则RTH1的阻值范围为0～200kΩ，而其提供的THLD1阈值范围亦为0～90mV。

THLD2：数据限幅器（DS2）阈值设置端，该脚用法与THLD1相同。RTH2的阻值范围为0～200kΩ，提供的THLD2阈值范围为0～120mV。

PRATE：脉冲占空比调节端。

PWIDTH：脉冲宽度调节端。

CNTRL1，CNTRL0：芯片工作模式选择端。当CNTRL1与CNTRL0均为高电平时，选择接收模式；两者均为低电平时，选择休眠模式（SleepMode）。应当注意：这两脚不能被空置。

RFIO：接收器无线信号输入端，该端一般在使用时接天线。

2．2TX5000引脚功能

TX5000引脚排列如图2所示。其主要引脚的功能如下：

TXMOD：发送数据输入端。

CNTRL1，CNTRL0：芯片工作模式选择端。当CNTRL1为高而CNTRL0为低时，为ASK模式；而当CNTRL1为低且CNTRL0高时，为OOK模式；CNTRL1和CNTRL0均为低时，为休眠模式。

RFIO：无线信号输出端，使用时接天线。

3无线收发电路

采用RX5000和TX5000设计的无线接收和发射电路分别如图3、图4所示，这两个电路均被设置为ASK模式。

4足球机器人无线通信应用

实际上，上述无线收发电路可以方便地嵌入到各种测量和控制系统中，以用于仪器仪表中的数据采集、无线数据通信以及计算机遥控等。下面介绍RX5000和TX5000在足球机器人无线通信系统中的应用方法。

机器人足球是近几年在国内外迅速开展起来的高技术对抗活动，已举行了多届微型机器人世界杯足球比赛，有十余个国家的二、三十支代表队参赛，已经达到相当的规模和水平3。足球机器人系统由机器人、视觉系统、主机系统和无线通信系统组成。主机系统与机器人之间通过无线通信联系。具体来说，就是主机通过发射器以无线方式发送动作命令，然后由机器人上的接收器接收，这实际上就是一个单向通信系统。

目前各参赛队使用的机器人通信系统，大多采用的是Radiometrix公司生产的具有收发功能的通讯模块BIM－433和BIM－418，它们的工作频率分别为433MHz和418MHz，工作电压为2．7～6．26V，数据最高传输速率为40kbps，户内传输距离为30米，户外可达120米。由于足球机器人的通信系统只是单向系统（即主机→机器人），但在发射器和接收器上均采用具有收发功能的BIM双向通讯模块，这实际上是一种浪费，而且还增大了功耗，提高了设计和制造成本（每片BIM通讯模块的价格高达五六百元）。若采用本文介绍的无线收发电路，不仅可避免功能的浪费，还可减少功耗，降低成本（每片RX5000、TX5000的价格不到一百元），而且数据传输率也比BIM模块高。虽然传输距离比BIM小，但经测试，在户内可达20米，在户外也可以达到100米以上，完全可以满足机器人足球比赛的要求。

本无线收发电路已应用于某高校的足球机器人比赛系统，经多次测试运行，该系统性能稳定，效果十分良好。