最新-通信模塊在電子設(shè)計(jì)競賽中的應(yīng)用-PPT精品課件

1、 通信模塊在電子設(shè)計(jì)競賽中的應(yīng)用浙江大學(xué) 陳邦媛主要內(nèi)容一. 競賽題分析二. 選用收、發(fā)芯片三. 芯片方框圖分析四. 芯片功能實(shí)現(xiàn)六. PCB設(shè)計(jì)五.數(shù)據(jù)與收發(fā)芯片間的連接與制約七.指標(biāo)測量設(shè)計(jì)并制作一個單工無線呼叫系統(tǒng)一. 競賽題分析要求：實(shí)現(xiàn)語音及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)發(fā)射頻率在30MHz40MHz 間射頻信號帶寬及調(diào)制方式自定 發(fā)射峰值功率不大于20mW 通信距離不小于5米 3. 調(diào)制方式取決于傳送的信號 與無線工作頻率分析賽題要抓?。?. 傳送的信號格式模擬數(shù)據(jù)2. 無線工作頻段：自選？規(guī)定？4. 關(guān)鍵芯片選擇，自選？規(guī)定？二. 選用收、發(fā)芯片規(guī)定？自選？選芯片原則 功能、指標(biāo)功能：適用場合、工

2、作頻段、調(diào)制方式指標(biāo)：發(fā)射功率、接收機(jī)靈敏度、 數(shù)據(jù)速率根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定指標(biāo)，選擇芯片接收機(jī)靈敏度(最低輸入電平)= 天線噪聲+系統(tǒng)噪聲+要求的信噪比發(fā)射機(jī)最低輸出功率=系統(tǒng)損耗+路徑損耗+達(dá)到接收機(jī)的靈敏度芯片選擇舉例：其主要性能參數(shù):電源電壓 2.89.0V。工作頻率 200MHz。輸出功率 +10dBm (50負(fù)載10mW)。調(diào)制靈敏度 10Hz/mV (直流電壓)。最大頻偏 5kHz。話放閉環(huán)增益 30dB諧波失真 0.15%FM窄帶調(diào)頻芯片MC2833主要指標(biāo) :工作頻率 200MHz。電源電壓 27V。低功耗 當(dāng) VCC為3V時電流為3.6mA。靈敏度 0.3V(12dB信納比)

3、。窄帶FM接收芯片MC3363結(jié)論：（1）工作頻段200MHz以內(nèi)（2）調(diào)制方式窄帶FM 傳送語音 低速數(shù)據(jù)（3）發(fā)射功率和靈敏度決定通信距離TH72019單片F(xiàn)SK/ASK發(fā)射器主要性能指標(biāo)： 工作頻率 290350 Mz 電源電壓 1.95.5V 輸出功率 12dBm+8.5dBm FSK數(shù)據(jù)速率 40Kbit/s ASK數(shù)據(jù)速率 40Kbit/s用途：無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)、車庫開啟裝置、 遙控遙測、輪胎壓力檢測 數(shù)據(jù)通信、安防和家庭自動化等rfRXD0420 ASK/FSK/FM接收器主要性能指標(biāo)：工作頻率 300450MHzASK最大數(shù)據(jù)速率 80Kbit/s NRZFSK最大數(shù)據(jù)速率 40

4、Kbit/s NRZ信號強(qiáng)度指示（RSSI） 70dB三. 芯片方框圖分析要會使用模擬電路芯片，一定要看懂其結(jié)構(gòu)方框圖原理兩部分結(jié)構(gòu)原理發(fā)射機(jī)接收機(jī)目的：（1）了解信號的傳輸路徑和原理（2）確定外接元件的數(shù)值設(shè)計(jì)一個系統(tǒng),首先要指標(biāo)分配MC2833 發(fā)射機(jī)原理外接元件：語音處理元件決定工作頻率元件放大器偏置主要模塊：話音放大和處理主振蕩源倍頻與功率放大MC3363內(nèi)部結(jié)構(gòu)二次變頻超外差式正交鑒頻FM外接元件：決定兩個本振頻率兩個中頻濾波器鑒頻移相線圈TDA5102發(fā)射芯片關(guān)鍵：頻率合成器、ASK、FSK工作方式外接元件：晶體、電容、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)LNA輸入射頻輸出90oAGC接收數(shù)據(jù)I接收數(shù)據(jù)Q

5、控制邏輯PFD16前置分頻器晶振調(diào)制器增益控制發(fā)射數(shù)據(jù)47ARF105 數(shù)字?jǐn)U頻收發(fā)器 （簡化方框圖）吞脈沖頻率合成、零中頻接收方案、乘法器做調(diào)制解調(diào)器四. 芯片功能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵是 在理解工作原理的基礎(chǔ)上 正確選擇外接元件模擬電路集成塊與數(shù)字模塊不同點(diǎn):實(shí)現(xiàn)的同一功能對應(yīng)有不同指標(biāo)需要外接元件外界元件決定了性能指標(biāo)1.決定工作頻率的元件發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻率一般采用晶振（注意負(fù)載電容）振蕩回路分析C1C2CdCdCcCcLC2C12.接收機(jī)本振頻率由已知的接收頻率和中頻值計(jì)算得出如 , 1中頻取10.7MHz 則 1本振若 2 中頻取455KHz ，則 2 本振頻率為：還應(yīng)算出對應(yīng)的鏡像頻率，以便天線預(yù)

6、選器濾除fimfLO1fRFf接收機(jī)有各種方案,但都需要下變頻3. 中頻濾波器IF濾波器決定接收機(jī)的選擇性一般采用10.7MHz或455KHz的陶瓷濾波器使用時注意兩點(diǎn)（1）帶寬 （2）端口匹配帶寬考慮因素調(diào)制方式發(fā)射機(jī)和接收機(jī)頻率誤差端口匹配根據(jù)已知的輸入輸出阻抗陶瓷濾波器的輸入和輸出阻抗一般為330歐10.7MHz390歐2.2K前置中放330歐主中放4.高頻端選頻、濾波與匹配接收機(jī)前端： 天線預(yù)選器（選擇頻段、抑制鏡像頻率）LNA的輸入回路（負(fù)載、匹配、抑制鏡像頻率）Vcc天線匹配LNAC1C2CcL聲表面波濾波器天線混頻器發(fā)射機(jī)末端的輸出濾波器匹配濾波器VccRL50射頻輸出L 39n

7、HRo250 Co1.5PFC 330PFRL50R13K保證：功率放大器工作在最佳負(fù)載狀態(tài)，輸出最大功率 必要的濾波功能5.調(diào)制器與解調(diào)器的外接元件FM、FSK應(yīng)保證適當(dāng)?shù)念l偏C2C1振蕩器發(fā)送數(shù)據(jù)FSK調(diào)制Vcc 發(fā)送數(shù)據(jù)C2C1晶體振蕩器固有頻率（載頻)晶體總的負(fù)載電容受發(fā)送數(shù)據(jù)控制，則頻率發(fā)生變化頻偏大小多少？調(diào)制靈敏度多少？CL2CL1CL注意窄帶FSK 、寬帶FSK 對外接電容大小選取解調(diào)器的帶寬 FM/FSK一般采用正交鑒頻680PFR 4.7KL 3.3UHC3C11.0PFC2中放限幅乘法器正交移相網(wǎng)絡(luò)的Q值決定了鑒頻器的帶寬該LC網(wǎng)絡(luò)也可以用陶瓷濾波器代替1.0PFC368

8、0PFC1C2關(guān)鍵： 了解芯片工作原理，在理論指導(dǎo)下選擇 進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?jì)算（一般有推薦值） 會繞制、測量線圈 綜上分析知，外接元件主要是選頻濾波元件選頻濾波器的分類1.集中參數(shù)濾波器聲表面波濾波器晶體濾波器陶瓷濾波器特點(diǎn)：中心頻率、帶寬固定 選擇性好 輸入、輸出阻抗確定常用于中頻濾波器2. LC濾波器 一般自己繞制常用于高頻段，注意線圈Q值磁心導(dǎo)磁率和損耗高質(zhì)量電容溫度補(bǔ)償6.鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器LF收、發(fā)芯片中的鎖相頻率合成器一般有兩種用法1. 僅作為收、發(fā)信機(jī)的本振源2. 參與了調(diào)制因此對環(huán)路濾波器的要求略有不同環(huán)路濾波器是低通，是決定環(huán)路性能的關(guān)鍵元件它的主要指標(biāo)是帶寬（時間常數(shù)）鎖相頻率合

9、成器僅作為收、發(fā)信機(jī)的本振源PALNA輸入射頻輸出90oAGC發(fā)射數(shù)據(jù)調(diào)制器增益控制接收數(shù)據(jù)I接收數(shù)據(jù)Q串行接口外部PFD16分頻器晶振串行接口外部PFD16分頻器晶振本振源輸出 帶寬寬、鎖定時間快 參考信號噪聲、VCO噪聲對帶寬要求不同 帶寬窄，抑制無用頻率成份一般取鑒相頻率的 1/10晶振16MHz，參考分頻 比 16鑒相頻率（信道間隔）16MHz16600KHz可取LF帶寬約為5KHz去VCO0.01U10K10K390PF390PF鎖定時間抑制噪聲抑制寄生干擾環(huán)路濾波器的帶寬影響：頻率合成器參與調(diào)制（ADF7010）環(huán)路濾波器帶寬（LBW）與數(shù)據(jù)速率有關(guān)PA發(fā)射數(shù)據(jù)RPFD分頻器FSK

10、/GFSKASK/OOK環(huán)路濾波器VCOASK/OOKFSK模式LBW約是數(shù)據(jù)速率的5倍，GFSK模式LBW約是數(shù)據(jù)速率的2.5倍擴(kuò)展帶寬可減少頻率跳變的時間ASK模式LBW約是數(shù)據(jù)速率的10倍PA功率變化、VCO負(fù)載變化、VCO頻率抖動,擴(kuò)大LBW將減少VCO抖動。補(bǔ)充鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)鎖相環(huán)的應(yīng)用同步跟蹤、載波提取調(diào)制解調(diào)頻率合成鎖相環(huán)的指標(biāo)：同步帶、捕捉帶、捕捉時間、頻率相應(yīng)、穩(wěn)定性不同應(yīng)用強(qiáng)調(diào)不同指標(biāo)設(shè)計(jì)要求鎖相環(huán)系統(tǒng)指標(biāo)各部件指標(biāo)元器件參數(shù)值VCOPDLF五.數(shù)據(jù)與收發(fā)芯片間的連接與制約數(shù)據(jù)接收發(fā)射轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)方式AM、FM 模擬調(diào)制ASK、FSK 數(shù)字調(diào)制(選用合適芯片）相互

11、制約信號帶寬（數(shù)據(jù)速率）中頻帶寬解調(diào)器帶寬發(fā)射MC2833語音頻帶：3003400Hz窄帶調(diào)頻FM額定頻偏3KHz，最大頻偏5KHz已調(diào)信號帶寬信道間隔：25KHz接收 MC3363 中頻濾波器帶寬如果用此芯片傳送數(shù)據(jù)0、1采用FSK 調(diào)制方式數(shù)據(jù)速率的限制？例：用于傳送語音455KHz10.7MHz中頻濾波器中頻濾波器數(shù)據(jù)輸出已知中頻濾波器帶寬，如何確定允許的最大數(shù)據(jù)速率？設(shè)數(shù)據(jù)格式是二進(jìn)制非歸零碼NRZ01100 T數(shù)據(jù)速率是 b/s ,對應(yīng)的方波頻率是 此數(shù)據(jù)信號的頻譜是f它的帶寬是用此信號進(jìn)行FSK后，已調(diào)信號帶寬最小值是FF為了很好的恢復(fù)FSK解調(diào)方波的前、后沿，接收機(jī)中頻濾波器的帶

12、寬至少包含方波信號的7次諧波即已知：額定頻偏 中頻濾波器帶寬若用MC2833 MC3363做發(fā)送接收芯片可求得數(shù)據(jù)速率必須限制在或數(shù)據(jù)速率限制在約1500b/s以內(nèi)數(shù)據(jù)速率可由單片機(jī)或編碼、解碼芯片時鐘決定例如：編碼芯片PT2262、解碼芯片PT2272不同外接電阻值決定期時鐘大小六. PCB設(shè)計(jì)電磁兼容性設(shè)計(jì)原則：減小循環(huán)電流回路面積，從而降低磁場輻射減小導(dǎo)線線路壓降，從而降低電場輻射系統(tǒng)硬件制作的三要點(diǎn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、器件選擇結(jié)構(gòu)、工藝指標(biāo)測量注意事項(xiàng)系統(tǒng)的劃分布局、布線（地線、電源線、信號線) 及接地電源濾波模擬電路和數(shù)字電路屏蔽和匹配推薦使用雙層PCB板底層地線面頂層信號路徑頂層電源、信

13、號路徑線無路徑線處均用地線填充（大面積）頂層地線用多個金屬穿線與底層地線面相連集成芯片接地腳盡量穿孔連接到接地層數(shù)字地和模擬地分開，單點(diǎn)相連（防止地阻抗耦合）模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路模擬電路模擬地?cái)?shù)字地1.地線原則：回流路徑盡量短；地電流在關(guān)鍵點(diǎn)處產(chǎn)生的干擾應(yīng)最小定義電流能夠流回源的一條低阻抗路徑注意地線是有阻抗的電源濾波減小芯片間、芯片內(nèi)不同區(qū)域間耦合2.電源濾波與電源線電源線布線為星形結(jié)構(gòu)VCC1VCC每個節(jié)點(diǎn)必須有大的去耦濾波電容（在工作頻率處的接地電阻小于1歐）濾波電容的接地點(diǎn)盡量靠近芯片地電源線盡量不要靠近敏感的信號線電源是頻率成分最復(fù)雜的部件3. 高頻元件與引線 輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)線振蕩回路線目的：減少寄生電感、寄生電容、減少輻射引線僅可能短 外接元件僅可能靠近芯片放置線兩端阻抗匹配4.