嵌入式短程无线通信工程系统硬件设计

    关键词：短程无线通信工程 MAX1472 MAX1473 接口 通信距离

引言

在短程无线通信工程系统中，常见的有基于802.11的无线局域网WLAN、蓝牙（blueTooth）、HomeRF及欧洲的HiperLAN(高性能无线局域网)。但其硬件设计、接口方式、通信协议及软件堆栈复杂，需专门的开发系统，开发成本高、周期长，最终产品成本也高。因此，这些技术在嵌入式系统中并未得到广泛应用相反，普通RF产品就不存在这些问题，加之短距离无线数据传输技术成熟，功能简单、携带方便，使得其在嵌入式短程无线产品中得到广泛应用，如医疗、工业、智能建筑、消费电子等领域。这些产品一般均工作在无执照（Unlicensed）无线接入频段，如出一辙15/433/868/915MHz频段。本文讨论的嵌入式短程无线通信系统，一般包括无线射频RF前端、微控制器（MCU）、I/O接口电路及其它外围设备等。

1 元器件选择

（1）微控制器的选择

嵌入式系统选择处理器时主要需要考虑以下几个方面：处理器性能，所支持的开发工具，所支持的操作系统，过去的开发经验，处理器成本、功耗、代码兼容性及算法复杂性等。

（2） 射频芯片的选择
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    通常，射频芯片的功能框图如图形卡所示。随着无线技术的发展，无线收发芯片的集成度、性能都大幅度提供，芯片性能也各有特色。因而，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的。正确的选择可以减小开发难度、缩短开发周期、降低成本、更快地将产品推向市场。目前，生产此类芯片的厂家主要有Nordic、XEMICS、Chipcon、TI、Maxim等。选择无线收发芯片时，应考虑以下几个因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、传输速度、从待机模式到工作模式的唤醒时间、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本等；同时还须注意当地的无线电管理规定。

（3） 分立元件的选择

所有的RF芯片制造商都在努力提高芯片的集成度但仍然有一些元件很难或者根本无法集成到芯片中去。常将这些分立元件安放在芯片外部，如晶振、PLL环路滤波器、VCO的电感等。在射频电路中，电磁波的波长已可以与分立元件的尺寸相比拟，普通应用于DC和低频集总参数系统的基尔霍夫类型的电流、电压定律已不再适用，须考虑这些分立元件的高频特性及其分布参数。因此，在详细设计时，应多参考所选用芯片资料及相关元件的数据手册。

2 系统原理图设计

嵌入式短程无线通信系统硬件的关键在于其射频电路。这里采用Maxim公司的MAX1472和MAX1473芯片进行射频电路设计。图2是发射器射频电路，图3是接收器射频电路。

MAX1472是一微型3mm×3mm的引脚SOT-23封装的VHF/UHF基于锁相环ASK发射机。当工作电压降至2.1V的脱离节锂电池工作，待机模式时仅耗电100nA。在发射过程中，MAX1472发射功率为-10dBm～+10dBm。工作电压3.3V；发射功率+10dbm时，工作电流仅9.1mA。最高数据速率达100kbps。

MAX1473是一个300～450MHz，采用28引脚，SSOP封装的超外差ASK接收机；具有-114dBm的高灵敏度，高于50dB的用户可选择中心频率镜像抑制并可选择3.3V或5V电源工作电压。在关断模式下电流低于1.5mA,接收时电流为5.2mA；数据速率达100kbps；从关断模式到有效数据输出的过渡时间小于250μs 。

MAX1473包含一个一级自动增益控制（AGC）电路，在射频输入信号功率大于-57dBm时，可降低低哭声放大器（LNA）35dB的增益。接收机使用带有接收信号强度指示（RSSI）的10.7MHz中频滤波器，内置片上集成的锁相环与VCO、基带数据恢复电路。

在原理图设计时，为提高系统的灵敏度，要特别注意天线、低哭声放大器（LNA）和晶振的适配，如图3中标有1、2、3的三处。