基于TRF4900的无线发射电路设计与应用
摘要：采用无线发射芯片trf4900组成的无线数字发射电路，工作在欧洲868 mhz频带和北美915 mhzism频带，fsk调制，发射功率7 dbm，电源电压2.2～3.6 v，通过串行接口连接到微控制器实现参数设置和发射控制。文中介绍应用电路、与微控制器连接的电路以及特性参数的设置。
1 无线数字发射电路
无线数字发射电路采用无线发射芯片trf4900。trf4900是ti公司生产的、单片集成的、低价格的、能提供完全功能的多通道fsk发射器。芯片能满足在欧洲868 mhz频带和北美915 mhz ism频带的线性(fm)或者数字（fsk）发射应用。单片发射器芯片工作电压2.2～3.6 v，典型发射功率为7 dbm，并具有低的功率消耗。24位直接数字合成器有11位dac，合成器有大约230 hz的通道空间，允许窄带和宽带应用。两个完全可编程工作模式--模式0和模式1，允许非常快地在两个预先编程的设置之间转换（例如发射频率0或者发射频率1）。芯片内集成压控振荡器（vco）、锁相环（pll）和基准振荡器，仅需要极少的外部元件即可构成一个完整的发射电路。trf4900通过串行接口连接到ti msp430微控制器。发射器的每一个功能块能够通过串行接口编程设置其功能。trf4900应用电路如图1所示。
图1 trf4900应用电路
2 与微控制器连接电路
trf4900通过串行接口连接到ti的msp430微控制器，如图2所示。
trf4900的引脚23（lockdet）， pll锁相检测输出，有效为高电平。当lockdet = 1时，pll锁定。引脚11（mode），模式选择输入，器件在模式0和模式1的功能能够通过串行控制接口的a、b、c、d字编程。引脚12（），睡眠控制，低电平有效。当= 0时，控制寄存器的内容仍然有效，能够通过串行控制接口编程。引脚14 （tx-data），数字调制输入，为载波的fsk/fm调制，高电平有效 。
串行控制接口是一个3线单向串行总线（clock 串行接口时钟信号，data 串行接口数据信号，strobe 串行接口选通信号），用来编程trf4900。接口内部的寄存器包含所有用户可编程变量，包括dds频率设置，也包括所有的控制寄存器。串行接口的时序如图3所示。
在clock信号的每一个上升沿，data引脚端上的逻辑值被写入24位的移位寄存器。设置strobe端为高电平，编程的信息被装入选择的锁存器。当strobe信号为高时，data和clock线必须为低。因此，strobe与clock的信号是不同步的。串行接口能被编程工作在有效状态或者睡眠状态（待机模式）。
图3 串行接口时序图
3 trf4900的设置
trf4900的直接数字合成器dds是基于用数字办法产生正弦波信号的。dds由累加器、正弦波查找表、数/模转换器、低通滤波器组成。所有数字功能块的时钟由基准振荡器提供。dds利用一个n位加法器从0到2n计数，根据在频率寄存器中的数据转换规范产生数字阶梯波，来构造一个模拟正弦波。n位计数器的输出寄存器的每一个数字，用来选择正弦波查找表中相应的正弦波数值输出。在数/模转换后，低通滤波器用来抑制不需要的寄生响应。模拟输出信号能用来作为pll的参考输入信号。pll电路根据预先确定的系数倍乘基准频率。
基准振荡器的频率fref是dds的采样频率，同时也确定最高的dds输出频率，与累加器的位数一起，可以计算dds的频率分辨率。trf4900的最小频率步长可由下式计算：
δf=n×(fref/2 24)
24位的累加器能够通过两个22位的频率设置寄存器编程（a字确定模式0的频率，b字确定模式1的频率），同时寄存器的两个msb位设置为0。因此，dds系统的最大位权减少到1/8，如图4所示。
这个位权与vco输出频率（fref/8）×n相适应。根据在mode端的逻辑电平，内部选择逻辑装载dds-0或者dds-1频率到频率寄存器。vco的输出频率fout是由dds-x频率设置决定的（dss-0在a字中，dds-1在b字中），vco的输出频率fout计算公式如下：
fout=dds_x×n×(fref/2 24)=n×[(fref×dds_x)/2 24]
如果选择fsk调制（mm=0，c字，16位），则8位fsk频偏寄存器能被用来编程2-fsk调制的频偏。频偏寄存器的8位在24位dds频率寄存器中，lsb设置为0，总的fsk频偏由下式计算：
δf2-fsk=n×[(dev×fref)/2 22]
因此，2-fsk频率由在tx-data上的电平设置，计算公式如下：
fout1:tx_data=low=n×[(fref×dds_x)/2 24]
fout2:tx_data=high=n×[fref×(dds_x+4×dev)]/2 24
这个调频输出信号用来作为pll电路的基准输入信号。2-fsk调制信道宽度（频偏）和信道间距是软件可编程的。最小信道宽度和最小信道间距取决于rf系统频率设计，中心频率fcenter = (fout1 + fout2)/2。当fsk发射时，中心频率fcenter被认为是有效的载波频率。
锁相环由相位检波器（pd）、鉴频器（pd）、充电泵、vco、外接的回路滤波器和在反馈回路中的可编程的预分频器（n分频器）组成。当使用外部vco时，x-vco位将被设置为0。分频器是可编程的，分频系数n能由c字设置成256或512。
功率放大器(pa)能够由在d字中的p0和p1两位编程，提供可变的输出功率电平。
图5 串行控制字格式
trf4900的控制字是24位。第1个引入位是最高有效位(msb)，完成对trf4900的编程；4个24位的字必须设置，即必须设置a、b、c、d字。图5 给出定义的4个控制字。表1、表2和表3描述每个参数的功能，表4为在fsk模式下的发射频率。
表1 模式0控制寄存器描述
符 号 位的位置 位 数 描 述 加电源后的内部设置
默认状态 默认值
0-pa [10-9] 2 功率放大器模式
p1 p0
0 0=失效
0 1=衰减10db，通过tx-data使能调制
1 0=衰减20db，通过tx-data使能调制
1 1=衰减0db，通过tx-data使能调制 失效 00b
0-vco [11] 1 在操作期间，这个引脚端将总是被使能（1=使能），除非使用外的vco 失效 0b
0-pll [12] 1 使能pll，1=使能，0=失效 失效 0b
表2 模式1 控制寄存器描述
符 号 位的位置 位 数 描 述 加电源后的内部设置
默认状态 默认值
1-pa [10-9] 2 功率放大器模式
p1 p0
0 0=失效
0 1=衰减10db，通过tx-data使能调制
1 0=衰减20db，通过tx-data使能调制
1 1=衰减0db，通过tx-data使能调制 失效 00b
1-vco [11] 1 在操作期间，这个引脚端将总是被使能（1=使能），除非使用外部vco 失效 0b
1-pll [12] 1 使能pll，1=使能，0=失效 失效 0b
表3 辅助控制寄存器描述
符 号 字 位的位置 位 数 描 述 加电源后的内部设置
默认状态 默认值
dds-0 a字 [21-0] 22 模式0dds频率设置 0 全为0
dds-1 b字 [21-0] 22 模式1dds频率设置 0 全为0
dev d字 [20-13] 8 fsk分频率寄存器 0 全为0
apll c字 [20-18] 3 捕获频率的加速因子
a2 a1 a0
0 0 0 =1
0 0 1 =20
0 1 1 =60
┊
1 1 1 =140 0 000b
npll c字 [17] 1 pll分频率
0=256
1=512 256 0b
mm c字 [16] 1 调制模式选择。为fsk数据输入设置
tc-data引脚端行为。
0=fsk/fm
1=不使用 fsk模式 0b
表4 在fsk模式发射频率（mm位设置为0）
引脚端 发射频率
stdby mode tx-data
1 0 0 fout=fref×n×(dds_0)/2 24
1 0 1 fout=fref×n×(dds_0+4×dev)/2 24
1 1 0 fout=fref×n×(dds_1)/2 24
1 1 1 fout=fref×n×(dds_1+4×dev)/2 24
结 语
由trf4900和msp430组成的无线数字发射电路可方便地嵌入各种测量和控制系统中；在仪器仪表数据采集系统、无线抄表系统、无线数据通信系统、计算机遥测遥控系统等中应用。
关于讯飞对人机交互的未来的展望
3840×2160P60 30倍会议摄像机解决方案介绍
光纤损耗标准是什么
ChatGPT背后的技术可以给数据治理带来哪些神奇的效果？
替换MB85RS2MT，国产铁电存储器PB85RS2MC用于智能电表
基于TRF4900的无线发射电路设计与应用
中兴通讯:加速5G推动智慧物联网发展
自动化计量突破传统计量模式，整体计量效率提升50倍
深入分析西门子PLC指令表
特斯拉对整个中国工业进步的巨大意义
多维度强劲提升！研扬新品GENE-ADP6
区块链的特性有怎样的意义
索尼LF-S80D智能音箱评测 让音箱尬聊变成了一种可能
美国因美纳与三诺生物传感达成战略合作，推进芯片扫描仪国产化
Exar推出支持UART系列产品的高级开发工具
波音新中型客机NMA将成为波音在B787之后第一款全新设计的飞机
AI又完成了一项“里程碑式”的挑战
“一路向西”的终端厂商,需要“贵人”扶持
深度探究3GPP里的NOMA技术
微软HoloLens又进步 增加触觉体验
1 无线数字发射电路
无线数字发射电路采用无线发射芯片trf4900。trf4900是ti公司生产的、单片集成的、低价格的、能提供完全功能的多通道fsk发射器。芯片能满足在欧洲868 mhz频带和北美915 mhz ism频带的线性(fm)或者数字（fsk）发射应用。单片发射器芯片工作电压2.2～3.6 v，典型发射功率为7 dbm，并具有低的功率消耗。24位直接数字合成器有11位dac，合成器有大约230 hz的通道空间，允许窄带和宽带应用。两个完全可编程工作模式--模式0和模式1，允许非常快地在两个预先编程的设置之间转换（例如发射频率0或者发射频率1）。芯片内集成压控振荡器（vco）、锁相环（pll）和基准振荡器，仅需要极少的外部元件即可构成一个完整的发射电路。trf4900通过串行接口连接到ti msp430微控制器。发射器的每一个功能块能够通过串行接口编程设置其功能。trf4900应用电路如图1所示。
图1 trf4900应用电路
2 与微控制器连接电路
trf4900通过串行接口连接到ti的msp430微控制器，如图2所示。
trf4900的引脚23（lockdet）， pll锁相检测输出，有效为高电平。当lockdet = 1时，pll锁定。引脚11（mode），模式选择输入，器件在模式0和模式1的功能能够通过串行控制接口的a、b、c、d字编程。引脚12（），睡眠控制，低电平有效。当= 0时，控制寄存器的内容仍然有效，能够通过串行控制接口编程。引脚14 （tx-data），数字调制输入，为载波的fsk/fm调制，高电平有效 。
串行控制接口是一个3线单向串行总线（clock 串行接口时钟信号，data 串行接口数据信号，strobe 串行接口选通信号），用来编程trf4900。接口内部的寄存器包含所有用户可编程变量，包括dds频率设置，也包括所有的控制寄存器。串行接口的时序如图3所示。
在clock信号的每一个上升沿，data引脚端上的逻辑值被写入24位的移位寄存器。设置strobe端为高电平，编程的信息被装入选择的锁存器。当strobe信号为高时，data和clock线必须为低。因此，strobe与clock的信号是不同步的。串行接口能被编程工作在有效状态或者睡眠状态（待机模式）。
图3 串行接口时序图
3 trf4900的设置
trf4900的直接数字合成器dds是基于用数字办法产生正弦波信号的。dds由累加器、正弦波查找表、数/模转换器、低通滤波器组成。所有数字功能块的时钟由基准振荡器提供。dds利用一个n位加法器从0到2n计数，根据在频率寄存器中的数据转换规范产生数字阶梯波，来构造一个模拟正弦波。n位计数器的输出寄存器的每一个数字，用来选择正弦波查找表中相应的正弦波数值输出。在数/模转换后，低通滤波器用来抑制不需要的寄生响应。模拟输出信号能用来作为pll的参考输入信号。pll电路根据预先确定的系数倍乘基准频率。
基准振荡器的频率fref是dds的采样频率，同时也确定最高的dds输出频率，与累加器的位数一起，可以计算dds的频率分辨率。trf4900的最小频率步长可由下式计算：
δf=n×(fref/2 24)
24位的累加器能够通过两个22位的频率设置寄存器编程（a字确定模式0的频率，b字确定模式1的频率），同时寄存器的两个msb位设置为0。因此，dds系统的最大位权减少到1/8，如图4所示。
这个位权与vco输出频率（fref/8）×n相适应。根据在mode端的逻辑电平，内部选择逻辑装载dds-0或者dds-1频率到频率寄存器。vco的输出频率fout是由dds-x频率设置决定的（dss-0在a字中，dds-1在b字中），vco的输出频率fout计算公式如下：
fout=dds_x×n×(fref/2 24)=n×[(fref×dds_x)/2 24]
如果选择fsk调制（mm=0，c字，16位），则8位fsk频偏寄存器能被用来编程2-fsk调制的频偏。频偏寄存器的8位在24位dds频率寄存器中，lsb设置为0，总的fsk频偏由下式计算：
δf2-fsk=n×[(dev×fref)/2 22]
因此，2-fsk频率由在tx-data上的电平设置，计算公式如下：
fout1:tx_data=low=n×[(fref×dds_x)/2 24]
fout2:tx_data=high=n×[fref×(dds_x+4×dev)]/2 24
这个调频输出信号用来作为pll电路的基准输入信号。2-fsk调制信道宽度（频偏）和信道间距是软件可编程的。最小信道宽度和最小信道间距取决于rf系统频率设计，中心频率fcenter = (fout1 + fout2)/2。当fsk发射时，中心频率fcenter被认为是有效的载波频率。
锁相环由相位检波器（pd）、鉴频器（pd）、充电泵、vco、外接的回路滤波器和在反馈回路中的可编程的预分频器（n分频器）组成。当使用外部vco时，x-vco位将被设置为0。分频器是可编程的，分频系数n能由c字设置成256或512。
功率放大器(pa)能够由在d字中的p0和p1两位编程，提供可变的输出功率电平。
图5 串行控制字格式
trf4900的控制字是24位。第1个引入位是最高有效位(msb)，完成对trf4900的编程；4个24位的字必须设置，即必须设置a、b、c、d字。图5 给出定义的4个控制字。表1、表2和表3描述每个参数的功能，表4为在fsk模式下的发射频率。
表1 模式0控制寄存器描述
符 号 位的位置 位 数 描 述 加电源后的内部设置
默认状态 默认值
0-pa [10-9] 2 功率放大器模式
p1 p0
0 0=失效
0 1=衰减10db，通过tx-data使能调制
1 0=衰减20db，通过tx-data使能调制
1 1=衰减0db，通过tx-data使能调制 失效 00b
0-vco [11] 1 在操作期间，这个引脚端将总是被使能（1=使能），除非使用外的vco 失效 0b
0-pll [12] 1 使能pll，1=使能，0=失效 失效 0b
表2 模式1 控制寄存器描述
符 号 位的位置 位 数 描 述 加电源后的内部设置
默认状态 默认值
1-pa [10-9] 2 功率放大器模式
p1 p0
0 0=失效
0 1=衰减10db，通过tx-data使能调制
1 0=衰减20db，通过tx-data使能调制
1 1=衰减0db，通过tx-data使能调制 失效 00b
1-vco [11] 1 在操作期间，这个引脚端将总是被使能（1=使能），除非使用外部vco 失效 0b
1-pll [12] 1 使能pll，1=使能，0=失效 失效 0b
表3 辅助控制寄存器描述
符 号 字 位的位置 位 数 描 述 加电源后的内部设置
默认状态 默认值
dds-0 a字 [21-0] 22 模式0dds频率设置 0 全为0
dds-1 b字 [21-0] 22 模式1dds频率设置 0 全为0
dev d字 [20-13] 8 fsk分频率寄存器 0 全为0
apll c字 [20-18] 3 捕获频率的加速因子
a2 a1 a0
0 0 0 =1
0 0 1 =20
0 1 1 =60
┊
1 1 1 =140 0 000b
npll c字 [17] 1 pll分频率
0=256
1=512 256 0b
mm c字 [16] 1 调制模式选择。为fsk数据输入设置
tc-data引脚端行为。
0=fsk/fm
1=不使用 fsk模式 0b
表4 在fsk模式发射频率（mm位设置为0）
引脚端 发射频率
stdby mode tx-data
1 0 0 fout=fref×n×(dds_0)/2 24
1 0 1 fout=fref×n×(dds_0+4×dev)/2 24
1 1 0 fout=fref×n×(dds_1)/2 24
1 1 1 fout=fref×n×(dds_1+4×dev)/2 24
结 语
由trf4900和msp430组成的无线数字发射电路可方便地嵌入各种测量和控制系统中；在仪器仪表数据采集系统、无线抄表系统、无线数据通信系统、计算机遥测遥控系统等中应用。
关于讯飞对人机交互的未来的展望
3840×2160P60 30倍会议摄像机解决方案介绍
光纤损耗标准是什么
ChatGPT背后的技术可以给数据治理带来哪些神奇的效果？
替换MB85RS2MT，国产铁电存储器PB85RS2MC用于智能电表
基于TRF4900的无线发射电路设计与应用
中兴通讯:加速5G推动智慧物联网发展
自动化计量突破传统计量模式，整体计量效率提升50倍
深入分析西门子PLC指令表
特斯拉对整个中国工业进步的巨大意义
多维度强劲提升！研扬新品GENE-ADP6
区块链的特性有怎样的意义
索尼LF-S80D智能音箱评测 让音箱尬聊变成了一种可能
美国因美纳与三诺生物传感达成战略合作，推进芯片扫描仪国产化
Exar推出支持UART系列产品的高级开发工具
波音新中型客机NMA将成为波音在B787之后第一款全新设计的飞机
AI又完成了一项“里程碑式”的挑战
“一路向西”的终端厂商,需要“贵人”扶持
深度探究3GPP里的NOMA技术
微软HoloLens又进步 增加触觉体验