無線收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

無線收發(fā)系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)是針對(duì)無線應(yīng)急通信的市場需求而展開的。336-344MHz是無線應(yīng)急通信的開放頻段，這個(gè)頻段的電磁波具有較好的繞射特性。選用了內(nèi)嵌VCO的頻率合成器芯片，降低了成本，縮小了體積，使產(chǎn)品更貼近市場。本文首先研究了功率放大器的非線性失真問題，提出了預(yù)失真處理的改善方案。然后，結(jié)合鎖相環(huán)的理論，介紹了頻率合成器的設(shè)計(jì)方法。接著，詳盡地介紹了340MHz無線接收和發(fā)送系統(tǒng)的整體方案以及硬件實(shí)現(xiàn)電路。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由發(fā)射電路、接收電路和控制電路組成。發(fā)射電路將來自話筒模擬信號(hào)或控制電路的數(shù)字信號(hào)經(jīng)鎖相環(huán)（PLL）調(diào)制電路調(diào)制后，由天線發(fā)射出去；接收電路接收并解調(diào)來自天線的小信號(hào)再將其送入末級(jí)功放放大，然后將語音信號(hào)送至揚(yáng)聲器處理，將短信送至單片機(jī)處理；控制電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)和編解碼器組成，可實(shí)現(xiàn)英文短息的編寫和顯示。整個(gè)系統(tǒng)采用5 V供電。

鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成uD（t）電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓uC（t），對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射電路設(shè)計(jì)

發(fā)射電路的設(shè)計(jì)如圖l和圖2所示，由集成頻率合成器MCl45151、無源低通濾波器、集成壓控振蕩器MCl648和前置分頻器MCl2022組成。MCl648引腳3輸出的信號(hào)經(jīng)前置分頻器MCl2022分頻，其分頻系數(shù)有4種，在該電路中選用分頻比M=64。分頻后的信號(hào)送入MCl4515l，分別對(duì)晶振的參考信號(hào)fx和輸入信號(hào)fi分頻。分頻后的2路信號(hào)送至內(nèi)部鑒相器，鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)外接低通濾波器濾波后控制壓控振蕩器。環(huán)路鎖定后，滿足以下基本關(guān)系為：

MCl4515l的RA0、RAl、RA2分別置為“1”，“0”，“1”，即R=2 048，選fx=2.048 MHz的晶振，可計(jì)算出，撥碼開關(guān)的N值每增加1，壓控振蕩器的頻率步進(jìn)為64 kHz。例如，取N=（531）D=（00001000010011）B，M=64，fx=2.048 MHz，R=2 048，則可得fvco=33.984MHz。通過撥碼開關(guān)選定N值，即設(shè)置載波頻率。

話筒采集的語音信號(hào)經(jīng)以9018為核心的三極管放大器放大后送至跳線端conl，編碼后短信數(shù)字信號(hào)送至con2，通過選擇conl、con2的導(dǎo)通與斷開決定發(fā)送語音信號(hào)或英文短信，并能將任意l路被選信號(hào)傳輸至A點(diǎn)。當(dāng)A點(diǎn)信號(hào)電壓變化時(shí)，引起變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化，導(dǎo)致壓控振蕩器的瞬時(shí)頻率發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。

2.2 接收電路設(shè)計(jì)

圖3為接收電路。采用專用頻率解調(diào)器件TDA7010T，具有FLL（頻鎖相環(huán)）系統(tǒng)，70 kHz低中頻使得系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，內(nèi)部集成有壓控振蕩器。在該器件的引腳4和5之間連接合適的電容、電感來決定本振頻率）。接收信號(hào)時(shí)，只需調(diào)整諧振回路可變電容C15值即可選擇接收頻率，外圍電路簡單。從TDA7010T解調(diào)輸出的信號(hào)幅度很小，經(jīng)LM386進(jìn)一步放大后，語音信號(hào)和英文短信分別送至揚(yáng)聲器和單片機(jī)處理。

2.3 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路由單片機(jī)、液晶顯示器、編解碼器件組成。其中編碼電路由單片機(jī)控制PT2262完成英文短信的編寫，每1個(gè)英史字母對(duì)應(yīng)1個(gè)碼組，如A對(duì)應(yīng) 000000.B對(duì)應(yīng)00000l，C對(duì)應(yīng)0000l0等。英文短信由液晶顯示器顯示發(fā)送的內(nèi)容，然后將調(diào)制信號(hào)送至發(fā)射電路發(fā)送。

解碼器采用PT2272，其地址必須與PT2262的地址相同。PT2272將來自TAD7010T的信號(hào)解碼，送至單片機(jī)，是0000l0則顯示C等，并送至液晶顯示器顯示所接收到的英文短信。編碼和解碼電路分別如圖4和圖5所示。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

控制程序采用Keil C51高級(jí)語言開發(fā)，程序結(jié)構(gòu)簡單，可讀性和可移植性強(qiáng)，圖6為其編碼程序流程，圖7為解碼程序流程。

4 測試結(jié)果

對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測試，發(fā)射電路載波頻率的范同為32.832～40.128 MHz.通過改變N值可實(shí)現(xiàn)發(fā)射頻率64 kHz步進(jìn)；由天線發(fā)射的已調(diào)信號(hào)的Vpp=600 mV；所接收的語音信號(hào)清晰，收發(fā)英文短信息誤碼率極小。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬語音信號(hào)和數(shù)字英文短信的發(fā)射與接收，無線電通信裝置由于受到尺寸和隔離限制，其處理能力有限。其最復(fù)雜的裝置是應(yīng)用于WLAN的無線藍(lán)芽調(diào)制解調(diào)器和收發(fā)器，因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行在低功耗狀態(tài)且需處理的地方有限。而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)無線通信、低耗能、體積小等特點(diǎn)也使單芯片無線收發(fā)系統(tǒng)有了極大的空間。單芯片無線收發(fā)系統(tǒng)由于采用了深亞微米CMOS技術(shù)、低噪音放大電路設(shè)計(jì)和芯片集成天線技術(shù)等，使整個(gè)無線收發(fā)系統(tǒng)具有低能耗、低成本、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。