基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计_通信网络论文
关键词：无线接收 fsk ask 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300～450mhz ism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、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1 th71101引脚功能
| 引脚号 | 符 号 | 功 能 |
| 1 | vee | 地 |
| 2 | gain-lna | 低噪声放大器（lna）增益控制 |
| 3 | out-lna | lna输出，连接到外接的lc调谐回路 |
| 4 | in-mix1 | 混频器1（mix1）输入，单端阻抗约33Ω |
| 5 | vee | 地 |
| 6 | if1p | 中频1（if1）集电极开路输出 |
| 7 | if1n | 中频1（if1）集电极开路输出 |
| 8 | vcc | 电源输入 |
| 9 | out-mix2 | 混频器2（mix2）输出，输出阻抗约330Ω |
| 10 | vee | 地 |
| 11 | ifa | 中频放大器（ifa）输入，输入阻抗约2.2kΩ |
| 12 | fbc1 | 连接外接的中频放大器反馈电容 |
| 13 | fbc2 | 连接外接的中频放大器反馈电容 |
| 14 | vcc | 电源输入 |
| 15 | out-ifa | 中频放大器输出 |
| 16 | in-dem | 解调器（demod）输入 |
| 17 | vcc | 电源输入 |
| 18 | out-oa | 运算放大器（oa）输出 |
| 19 | oan | 运算放大器（oa）负极输入 |
| 20 | oap | 运算放大器（oa）正极输入 |
| 21 | rssi | rssi输出，输出阻抗约36kΩ |
| 22 | vee | 地 |
| 23 | outp | fsk/fm正输出，输出阻抗100300kΩ |
| 24 | outn | fsk/fm负输出，输出阻抗100300kΩ |
| 25 | vee | 地 |
| 26 | ro | 基准振荡器输入，外接晶体振荡器和电容 |
| 27 | vcc | 电源输入 |
| 28 | enrx | 模式控制输入 |
| 29 | lf | 充电泵输出和压控振荡器1（vco1）控制输入 |
| 30 | vee | 地 |
| 31 | in-lna | lna输入，单端阻抗约26Ω |
| 32 | vcc | 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（pll synthesizer）、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2 fsk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3 ask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）/16 | frf+fif/16 |
| flo | 16·fref | 16·fref |
| fif | frf-flo | flo-frf |
| frf image | frf-2fif | frf+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=315mhz | frf=315mhz | frf=433.6mhz | frf=433.6mhz |
| 低 | 高 | 低 | 高 | |
| fref/mhz | 19.01875 | 20.35625 | 26.43125 | 27.76875 |
| flo/mhz | 304.3 | 325.7 | 422.9 | 444.3 |
| frf image/mhz | 293.6 | 336.4 | 412.2 | 455.0 |
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。