專利名稱：無線收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線信號發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線收發(fā)器。
技術(shù)背景
隨著無線技術(shù)的發(fā)展，高可靠性、超遠(yuǎn)通信距離、低功耗、成本的無線發(fā)射器在下面的領(lǐng)域有著越來越廣泛的需求，包括住宅小區(qū)遠(yuǎn)距離無線抄表、建筑工地定位無線呼叫、工廠遠(yuǎn)距離無線控制、智能家居和水文電力監(jiān)控等。
目前實(shí)現(xiàn)的方案主要有以下三種方式，不過它們各自都有自己的缺陷。詳細(xì)說明如下
1)"MCU (Micro Control Unit，微控制單元)+聲表穩(wěn)頻調(diào)制器+三極管調(diào)制放大”方案。
該方案缺點(diǎn)是僅能單向通信，數(shù)據(jù)無法重發(fā)，且RF信號調(diào)制方式簡單導(dǎo)致所以抗干擾性能差、發(fā)射速率低、功耗大；
2) "MCU+集成收發(fā)射頻芯片+RF放大器”方案。
該方案基本滿足設(shè)計(jì)要求，但收發(fā)芯片的發(fā)射功率會隨供電電池電壓的降低而降低，導(dǎo)致通信距離大大縮短；
3)“單片集成MCU、RF和PA的集成電路實(shí)現(xiàn)”方案，該方案比較典型的比如ZigBee 的CC2530，方案優(yōu)點(diǎn)是集成度非常高，分立元器件很少，硬件和軟件設(shè)計(jì)簡單。但缺點(diǎn)是接收靈敏度低、成本很高(大約要4美金)，且發(fā)射信號的頻段是2. 4G的，信號在傳輸過程中的衍射、反射效果差，穿透性和繞障礙物性能都不理想。
在實(shí)際的使用中，用戶經(jīng)常需要的是一個(gè)能夠進(jìn)行雙向通信，低功耗，抗干擾性能好，超遠(yuǎn)通信距離和性價(jià)比高的方案。而在上面的實(shí)現(xiàn)方案往往只能滿足用戶的某個(gè)或者某幾個(gè)需求，而不能滿足所有的需求。發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何實(shí)現(xiàn)超低功耗、遠(yuǎn)距離的無線收發(fā)器。
(二)技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明提供了一種無線收發(fā)器，包括MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器、射頻開關(guān)及供電模塊，所述MCU連接所述射頻信號收發(fā)器， 所述射頻信號收發(fā)器分別連接所述射頻放大器和低噪聲放大器，所述射頻開關(guān)分別連接所述射頻放大器和低噪聲放大器，所述供電模塊用于為所述MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器及射頻開關(guān)供電。
其中，所述射頻放大器包括射頻輸入帶通濾波電路、信號放大電路、放大器電流偏置電路、輸出放大電路，所述射頻輸入帶通濾波電路連接所述射頻信號收發(fā)器，并連接所述信號放大電路和放大器電流偏置電路，用于濾除射頻信號收發(fā)器產(chǎn)生的諧波和噪聲；所述放大器電流偏置電路連接所述信號放大電路和輸出放大電路，用于提供使射頻放大器工作于線性放大區(qū)內(nèi)的工作點(diǎn)電流；所述輸出放大電路連接所述信號放大電路和放大器電流偏置電路，用于提高信號增益和驅(qū)動(dòng)能力；所述信號放大電路用于放大發(fā)射信號的發(fā)射功率。
其中，所述信號放大電路為高頻三極管。
其中，所述高頻三極管為2SC3356型高頻三極管。
其中，所述射頻輸入帶通濾波電路包括第一電感、第二電感、第三電感、第一電容、第二電容、第三電容和第四電容，所述第一電感和第二電容并聯(lián)，其并聯(lián)電路與第二電感、第三電容和第三電感并聯(lián)，第二電感、第三電容和第三電感串聯(lián)，所述并聯(lián)電路的一端連接所述第一電容，所述第三電感與所述第四電容并聯(lián)，所述第四電容的兩端連接所述高頻三極管的基極和發(fā)射極。
其中，所述放大器電流偏置電路包括第四電感、第五電容和第一電阻，所述第四電感和第一電阻串聯(lián)，所述第四電感的一端連接所述高頻三極管的基極，所述第一電阻的一端連接電源端，所述第四電感和第一電阻的連接端通過所述第五電容與地連接。
其中，所述輸出放大電路包括
輸出諧振電路，所述輸出諧振電路包括第五電感、第二電阻、第六電容和第七電容，所述第二電阻的兩端分別連接所述第六電容和第七電容的一端，且與所述第六電容連接的一端連接電源端，另一端連接所述第五電感的一端，所述第六電容和第七電容的另一端接地，所述第五電感的另一端連接所述高頻三極管的集電極；
輸出匹配電路，所述輸出匹配電路包括第六電感和第八電容，所述第八電容一端連接所述高頻三極管的集電極，另一端連接所述第六電感的一端，所述第六電感的另一端連接所述射頻開關(guān)的輸入引腳。
其中，所述第五電感和第六電感在電路中垂直設(shè)置。
其中，所述供電模塊包括電源和DC/DC電路，所述電源為MCU、射頻信號收發(fā)器和低噪聲放大器直接供電，并通過所述DC/DC電路為所述射頻放大器和射頻開關(guān)供電。
其中，所述DC/DC電路包括相互連接的電源控制子電路、輸出穩(wěn)壓子電路和電感升壓子電路，所述電感升壓子電路通電感過諧振儲能用于對輸入電壓的整流和升壓；電源控制子電路用于產(chǎn)生電感諧振的振蕩信號，并監(jiān)測、調(diào)整電路輸出的電壓；輸出穩(wěn)壓子電路用于降低電感升壓子電路輸出電壓的紋波。
其中，所述電源控制子電路包括PT1301、第十一電容、第十二電容、第十三電容、第三電阻和第四電阻，所述第十一電容和第十二電容一端接地，另一端分別連接所述 PT1301的VDD和CE端，所述第十一電容與所述PT1301的連接端連接電源端，所述第三電阻和第十三電容并聯(lián)，其并聯(lián)電路的兩端分別連接所述PT1301的LX和FB端，所述第四電阻連接所述PT1301的FB和GND端，所述PT1301的VDD端接電源，CE端和LX端連接，并連接所述電感升壓子電路。
其中，所述電感升壓子電路包括殼封功率電感和第一二級管，所述殼封功率電感一端連接電源端，另一端連接所述第一二級管的陽極，其陰極連接所述PT1301的LX端。
其中，所述輸出穩(wěn)壓子電路包括第五電阻、功率三極管、第二二級管、第十四電容和第十五電容，所述功率三極管的集電極連接所述第一二級管的陰極，第五電阻連接所述功率三極管的集電極和基極，所述第二二級管的陽極連接PT1301的GND端，陰極連接所述功率三極管的基極，所述第十四電容和第十五電容的一端均連接PT1301的GND端，另一端均連接所述功率三極管的發(fā)射極。
其中，所述MCU為STC11L04E單片機(jī)。
其中，所述射頻信號收發(fā)器為AX5043超低功耗窄帶收發(fā)芯片。
其中，所述低噪聲放大器為SGA-8343芯片。
(三)有益效果
本發(fā)明的無線收發(fā)器采用MCU+射頻信號收發(fā)器+射頻放大器、低噪聲放大器+DC/ DC穩(wěn)壓電源+射頻開關(guān)的方案，實(shí)現(xiàn)了超低功耗、遠(yuǎn)距離的無線收發(fā)器。其中，①特別為RF 設(shè)計(jì)的DC/DC電路，具有超低電壓啟動(dòng)、高效率、低輸出紋波的特點(diǎn)，不僅滿足了電池供電要求，還保證了發(fā)射電路的發(fā)射功率不會隨電池電壓的下降而降低，很好的解決了放大器部分對成本和性能的要求；②放棄高集成度和高輸出功率的的RF收發(fā)芯片，采用低輸出功率、超高接收靈敏度的AX5043，配合采用SGA-8343高增益、低噪聲放大器的LNA電路，使整個(gè)設(shè)計(jì)獲得了極高的接收靈敏度，大大增加了通信距離；③設(shè)計(jì)的中斷喚醒功能在待機(jī)狀態(tài)下平均工作電流極低，使得在兩節(jié)電池供電的場合下可以待機(jī)3年左右；④新設(shè)計(jì)了射頻匹配調(diào)整、測試方法使得天線與射頻電路的匹配度最優(yōu)，從而獲得射頻信號發(fā)射和接收效率的最大化，實(shí)現(xiàn)低功耗、超遠(yuǎn)距離通信。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種無線收發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中的射頻放大器具體電路圖3是圖2中輸入帶通濾波電路中給定設(shè)計(jì)指標(biāo)和對應(yīng)幾何對稱等效頻率響應(yīng)的關(guān)系；
圖4是圖1中的射頻放大器的噪聲系數(shù)特性曲線圖5是圖1中的射頻放大器工作電流和增益關(guān)系曲線圖6是圖1中的射頻放大器電路布局結(jié)構(gòu)示意圖7是圖1中超低電壓啟動(dòng)升壓型DC/DC電路圖8是圖1中低噪聲放大器SGA-8343的應(yīng)用原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
如圖1所示，本實(shí)施例的無線收發(fā)器包括:MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器、射頻開關(guān)及供電模塊，MCU連接射頻信號收發(fā)器，射頻信號收發(fā)器分別連接射頻放大器和低噪聲放大器，射頻開關(guān)分別連接射頻放大器和低噪聲放大器，供電模塊用于為MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器及射頻開關(guān)供電。
本實(shí)施例中，MCU實(shí)現(xiàn)串口通信，用于接受外部設(shè)備發(fā)來的控制命令；負(fù)責(zé)配置、 控制射頻信號收發(fā)器；實(shí)現(xiàn)無線中斷喚醒功能；使用GPIO 口完成外部設(shè)備的控制。為了達(dá)到低功耗的設(shè)計(jì)要求，選用的MCU必須滿足以下幾點(diǎn)要求
1)超低的休眠待機(jī)電流(一般要求在IuA以下)和工作電流(幾毫安以下)；2) 支持引腳中斷休眠喚醒；3)支持串口 ；4)寬的工作電壓Q.0V 3.6V) ；5)低成本。
為了達(dá)到上面的幾點(diǎn)要求，本發(fā)明選擇了 STC11L04E單片機(jī)，它除滿足以上所有要求之外，還具有下面的優(yōu)點(diǎn)1)小體積SS0P16封裝；幻靜電防護(hù)能力強(qiáng)；幻程序保密性高，破解困難等特點(diǎn)；4)單指令周期，運(yùn)行速度快，效率高。
本實(shí)施例中，射頻信號收發(fā)器為高線型、低噪聲的射頻收發(fā)芯片，主要包括調(diào)制器和解調(diào)器。該射頻收發(fā)芯片需要具有高線性、寬動(dòng)態(tài)范圍、低噪聲基底特性，這對整體通信性能有重要的影響。優(yōu)選采用AXSEM公司的AX5043超低功耗窄帶收發(fā)芯片，其具有以下特點(diǎn)1)超寬工作頻率范圍(70 1050MHZ)，頻率步進(jìn)IHZ ；2)支持1 IOOKbps的空中收發(fā)碼率；3)寬電壓工作范圍，支持1. 8 3. 6V電池供電方式；4)支持快速無線喚醒功能；5) 支持FSK、MSK、4-FSK、GFSK, GMSK和ASK等多種調(diào)制方式；6)-126dBm超高接收靈敏度；7) 極少的外圍分立元件。
在實(shí)際應(yīng)用場合里，各種無線信號的頻譜非常密集，由于AX5043具有很寬的工作頻率范圍，且具有多種信號調(diào)制方式，用戶可以根據(jù)每種信號調(diào)制模式自身的傳輸性能和特點(diǎn)配置射頻信號收發(fā)器的工作參數(shù)，從而獲得最好的信號傳輸性能。射頻信號收發(fā)器的無線喚醒功能對電池供電的產(chǎn)品而言，是非常重要的。由于射頻信號收發(fā)器的接收電流一般在10多毫安左右，如果收發(fā)器不具備該功能，在電池供電的場合僅能夠使用幾周時(shí)間， 這是不能滿足用戶要求的。本發(fā)明選擇的AX5043工作在無線喚醒模式下，平均工作電流在 IOuA以下，在電池供電的場合能夠連續(xù)待機(jī)3年左右。
由于專用的射頻放大器具有寬工作電壓、增益高等特點(diǎn)，但是成本均比較高，且發(fā)射功率會隨電池電壓降低而減小，為解決這個(gè)問題本實(shí)施例中采用高頻三極管的來實(shí)現(xiàn)射頻放大器，并采用了自己設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)以及獨(dú)有的PCB布線技巧，使整個(gè)放大器性能達(dá)到了很好的效果。其中高頻放大部分采用NEC的2SC3356高頻三極管，該三極管具有NF = 1. ldB,Gain = 13dB的優(yōu)秀特性，可以將信號輸出的功率放大到+20dBm左右。該射頻放大器的設(shè)計(jì)電路如圖2所示
該射頻放大器包括射頻輸入帶通濾波電路、信號放大電路、放大器電流偏置電路、輸出放大電路，射頻輸入帶通濾波電路連接射頻信號收發(fā)器，并連接信號放大電路和放大器電流偏置電路，用于濾除射頻信號收發(fā)器中的調(diào)制器產(chǎn)生的諧波和噪聲，使放大器處于諧振狀態(tài)，輸出頻譜干凈無諧波干擾。放大器電流偏置電路連接信號放大電路和輸出放大電路。用于使射頻放大器工作于線性放大區(qū)內(nèi)的工作點(diǎn)電流，保證放大器產(chǎn)生足夠增益， 且避免放大信號的失真，輸出放大電路連接信號放大電路和放大器電流偏置電路。用于產(chǎn)生足夠高的信號增益和強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，并保持輸出50歐姆匹配，使天線的接收發(fā)射效果最優(yōu)。所述信號放大電路用于將發(fā)射信號放大到合適的發(fā)射功率，滿足通信距離的要求。
射頻輸入帶通濾波電路包括第一電感Li、第二電感L2、第三電感L3、第一電容 Cl、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4，第一電感Ll和第二電容C2并聯(lián)，其并聯(lián)電路與第二電感L2、第三電容C3和第三電感L3并聯(lián)，第二電感L2、第三電容C3和第三電感L3 串聯(lián)，并聯(lián)電路的一端連接第一電容Cl，第三電感L3與第四電容C4并聯(lián)，第四電容C4的兩端連接高頻三極管Ql的基極和發(fā)射極。
放大器電流偏置電路包括第四電感L4、第五電容C5和第一電阻Rl，第四電感L4和第一電阻Rl串聯(lián)，第四電感L4的一端連接高頻三極管Ql的基極，第一電阻Rl的一端連接電源端，第四電感L4和第一電阻Rl的連接端通過第五電容C5與地連接。
輸出放大電路包括
輸出諧振電路，輸出諧振電路包括第五電感L5、第二電阻R2、第六電容C6和第七電容C7，第二電阻R2的兩端分別連接第六電容C6和第七電容C7的一端，且與第六電容C6 連接的一端連接電源端，另一端連接第五電感L5的一端，第六電容C6和第七電容C7的另一端接地，第五電感L5的另一端連接高頻三極管Ql的集電極；
輸出匹配電路，輸出匹配電路包括第六電感L6和第八電容C8，第八電容C8 —端連接高頻三極管Ql的集電極，另一端連接第六電感C6的一端，第六電感L6的另一端連射頻開關(guān)的輸入引腳，射頻開關(guān)用于選擇信號的發(fā)射還是接收。
考慮到無線收發(fā)器的通信帶寬和速率，驗(yàn)證時(shí)，選擇發(fā)射頻點(diǎn)為455MHZ，帶寬 20Mhz,3dB衰減頻率在445Mhz和465Mhz處，364Mhz和M6Mhz處最小衰減要求為25dB。
則輸入帶通濾波電路的幾何中心頻率為
[θ =λ/445 χ 465 = 454.89MHz
如圖3所示，假設(shè)選取的電感的Q值為100，根據(jù)公式/1Χ / 2 = / OX /0， 可以計(jì)算出上述給出每一個(gè)阻帶對應(yīng)的幾何對稱頻率。帶通濾波電路的陡度系數(shù)為As = (阻帶帶寬/通帶帶寬)=182M/10 = 1. 82。
選擇歸一化低通濾波器，使頻率比在1. 82 1以內(nèi)，衰減從3dB過渡到大于25dB， 因此選擇巴特沃茲類型濾波器可滿足響應(yīng)條件的要求。用Z = 600和頻率變化系數(shù)FSF = 2Π# c可以計(jì)算出濾波器中電感L和電容C的各個(gè)參數(shù)值。
射頻放大器的選擇有幾個(gè)關(guān)鍵的考慮，除射頻放大器的工作電壓、增益、最大承受功率外，在選擇放大器時(shí)，還重點(diǎn)考關(guān)注了射頻放大器的線性度、噪聲系數(shù)。圖4示出了射頻放大器噪聲系數(shù)特性，射頻放大器的非線性會導(dǎo)致輸出頻譜惡化，諧波增多，這將嚴(yán)重影響周邊工作的電子設(shè)備。雖然在射頻放大器的輸出端增加濾波器對諧波的抑制會起一定的作用，但無法完全消除。選擇高放大線性度的放大器，可以有效解決這個(gè)問題，使得整個(gè)發(fā)射通道的頻譜干凈，通信可靠。
射頻放大器的電流偏置非常重要，首先要求射頻放大器的偏置電流穩(wěn)定，以保證射頻放大器達(dá)到最佳的放大線性度；其次考慮了實(shí)際輸入信號的強(qiáng)度和放大器最佳工作狀態(tài)下的電流來設(shè)計(jì)射頻放大器的偏置電流電路，使得射頻放大器工作在放大區(qū)中的最佳線性區(qū)內(nèi)。圖5示出了射頻放大器工作電流和增益關(guān)系曲線。
當(dāng)射頻放大器的輸出電路處于諧振狀態(tài)時(shí)，其輸出功率最高、諧波最少、效率最高。電路在工作的時(shí)候，要求L5和L6處于諧振狀態(tài)。但可以看到，L5和L6在諧振時(shí)，產(chǎn)生的電磁場方向是相反的，在實(shí)際PCB布局的時(shí)候，如果L5和L6處于一條水平線上，兩者產(chǎn)生的磁場將相互影響、抵消，從而破壞整個(gè)電路的諧振。因此在設(shè)計(jì)時(shí)L5和L6需要相互垂直放置，且保持一定距離，這樣兩者產(chǎn)生的電磁場相互影響最小，電路的工作性能最佳。實(shí)際的PCB布局如圖6所示。
由于采用電池供電，電池電壓會隨使用時(shí)間而下降。要求電池電壓下降時(shí)，發(fā)射功率不變，以便保持通訊收發(fā)距離不變；采用專用的射頻放大器性能好，但成本高，客戶難以接受；采用高頻三極管放大器成本低，但放大器對電壓要求高，一般在5 IOV之間，難以滿足。因此，本實(shí)施例中，供電模塊除電池以外，還設(shè)計(jì)了超低電壓啟動(dòng)升壓型直流轉(zhuǎn)直流電源(DC/DC)電路，并采用三極管放大器以滿足成本和性能的要求，因此面臨的問題是如何滿足放大器對工作電壓的要求。在一般情況下射頻的設(shè)計(jì)里較少考慮采用DC/DC電路，這是因?yàn)橐环矫鍰C/DC是開關(guān)電路，工作時(shí)電感產(chǎn)生的磁場會干擾射頻信號；其次是因?yàn)殚_關(guān)電源的輸出紋波較線性穩(wěn)壓器(LDO)大得多，用于給射頻電路供電并不是非常適合。
特別為所使用的射頻放大器設(shè)計(jì)了新的DC/DC電路，如圖7所示，包括相互連接的電源控制子電路、輸出穩(wěn)壓子電路和電感升壓子電路。圖7中的電感L9和二極管Dl構(gòu)成的電感升壓電路通電感過諧振儲能實(shí)現(xiàn)對輸入電壓的整流和升壓；電源控制子電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生電感諧振的振蕩信號，及監(jiān)測、調(diào)整電路輸出的電壓；輸出穩(wěn)壓子電路用于進(jìn)一步降低電感升壓輸出電壓的紋波，保持電壓的穩(wěn)定。
電源控制子電路包括PT1301、第i^一電容C11、第十二電容C12、第十三電容C13、 第三電阻R3和第四電阻R4。PT1301為開關(guān)電源控制芯片，用于產(chǎn)生電感振蕩信號及監(jiān)測升壓后的電壓。芯片通過調(diào)整振蕩信號的脈寬來改變輸出電壓。第十一電容Cll和第十二電容C12—端接地，另一端分別連接PT1301的VDD和CE端，第i^一電容Cll與PT1301的連接端連接電源端，第三電阻R3和第十三電容C13并聯(lián)，其并聯(lián)電路的兩端分別連接PT1301 的LX和FB端，第四電阻R4連接PT1301的FB和GND端，PT1301的VDD端接電源，CE端和 LX端連接，并連接電感升壓子電路。
電感升壓子電路包括殼封功率電感L9和第一二級管Dl，殼封功率電感L9 一端連接電源端，另一端連接第一二級管Dl的陽極，其陰極連接PT1301的LX端。
輸出穩(wěn)壓子電路包括第五電阻R5、功率三極管Q2、第二二級管D2、第十四電容 C14和第十五電容C15。功率三極管Q2的集電極連接第一二級管Dl的陰極，組成功率三極管電路。第五電阻R5連接功率三極管Q2的集電極和基極，第二二級管D2的陽極連接 PT1301的GND端，陰極連接功率三極管Q2的基極，第十四電容C14和第十五電容C15的一端均連接PT1301的GND端，另一端均連接功率三極管Q2的發(fā)射極。
其中，PT1301的優(yōu)勢為低紋波、低成本、高效率和超低啟動(dòng)電壓，其啟動(dòng)電壓僅為 0. 8V,轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90 %，關(guān)斷狀態(tài)工作電流基本為零。DC/DC輸出后端設(shè)計(jì)了一個(gè)低成本的基于三極管的穩(wěn)壓電路，用于進(jìn)一步減小DC/DC輸出的紋波電壓幅度，使得+6V電源滿足放大器的工作電源要求。電感L9采用殼封功率電感，且布局時(shí)將電感放置于與射頻電路相反的板面，中間用完整的地鋪銅隔離，減小電感工作時(shí)產(chǎn)生的磁場對射頻電路的干擾。隨著電池的使用時(shí)間變長，電池電壓逐漸下降，由于DC/DC的輸出不變，這時(shí)整個(gè)升壓電路的輸入輸出電壓比將增大，DC/DC的效率逐漸降低。實(shí)踐證明，選擇合適的升壓比有利于延長電池的使用時(shí)間和壽命。綜合考慮放大器的性能及經(jīng)過多次試驗(yàn)，本實(shí)施例中選擇了 DC/DC 電路的輸入輸出比為2 3，即DC/DC電路輸出電壓為6V。
由于國家對無線發(fā)射功率有明確的限制要求，因此發(fā)射功率不可能無限制的增大。為進(jìn)一步提升接收靈敏度，增加通信的距離，本實(shí)施例的低噪聲放大器LNA(高線性、低噪聲放大器)為SGA-8343，經(jīng)過對電源的優(yōu)化和匹配電路調(diào)整，可以獲得高達(dá)25dB左右的信號增益和只引入低至1. OdB噪聲，這給整個(gè)設(shè)計(jì)的接收性能帶來接近3. 5dB左右的接收增益(LNA給整個(gè)接收電路帶來的實(shí)際增益和接收芯片本身的性能有關(guān)系)。SGA-8343應(yīng)用原理圖如圖8所示。
在實(shí)際的無線系統(tǒng)中，天線與射頻放大器、LNA放大器的匹配非常重要，不合適的匹配會帶來以下幾方面的問題1)信號反射，駐波比(VSWR)增大，發(fā)射效率低，甚至損壞發(fā)射元件；2)接收噪聲大，靈敏度低；3)諧波分量大，影響周邊電子設(shè)備正常工作。
天線與射頻電路的匹配調(diào)整可以借助儀器來完成，如安捷倫的網(wǎng)絡(luò)分析儀等。但這些儀器非常昂貴(一般4萬美金以上)，一般的設(shè)計(jì)公司難以提供。我們對天線與射頻電路的調(diào)整采用了自創(chuàng)的調(diào)試方法，不僅對儀器依賴程度低，效果也非常直接、明顯。該方法具體如下
1)準(zhǔn)備2根天線，牢固的并行纏繞在一起；
2)準(zhǔn)備一個(gè)發(fā)射模塊，接上纏繞天線的一端，編寫測試程序使其不間斷的發(fā)射無線信號，注意發(fā)射時(shí)采用低于9600bps的波特率，否則低端的頻譜儀可能采樣不到或結(jié)果數(shù)值不準(zhǔn)確；
3)將纏繞天線的另一端接頻譜儀，測量得到接收天線耦合輸出的功率強(qiáng)度；
4)斷開頻譜儀，將待調(diào)試的射頻電路接上接收天線，并將頻譜儀的輸入接射頻電路的放大輸出端；
5)測量射頻信號通過射頻電路放大的增益、諧波、噪聲，并根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)調(diào)整射頻匹配電路，使得射頻電路輸出效果最佳，這樣調(diào)整得到的電路參數(shù)就是天線與電路匹配最佳的參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的描述，設(shè)計(jì)并實(shí)際測試了硬件的通信效果，在波特率=1200kbps, 發(fā)射功率+19. 5dB、電池電壓2 3. 3V條件下，本發(fā)明的通信距離> =2. 8Km,誤碼率 < 0. 1%，這比現(xiàn)有方案最大1. 5km有明顯改善，具體的測試結(jié)果如下表所示
權(quán)利要求
1.一種無線收發(fā)器，其特征在于，包括:MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器、射頻開關(guān)及供電模塊，所述MCU連接所述射頻信號收發(fā)器，所述射頻信號收發(fā)器分別連接所述射頻放大器和低噪聲放大器，所述射頻開關(guān)分別連接所述射頻放大器和低噪聲放大器，所述供電模塊用于為所述MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器及射頻開關(guān)供電。
2.如權(quán)利要求1所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述射頻放大器包括射頻輸入帶通濾波電路、信號放大電路、放大器電流偏置電路、輸出放大電路，所述射頻輸入帶通濾波電路連接所述射頻信號收發(fā)器，并連接所述信號放大電路和放大器電流偏置電路，用于濾除射頻信號收發(fā)器產(chǎn)生的諧波和噪聲；所述放大器電流偏置電路連接所述信號放大電路和輸出放大電路，用于提供使射頻放大器工作于線性放大區(qū)內(nèi)的工作點(diǎn)電流；所述輸出放大電路連接所述信號放大電路和放大器電流偏置電路，用于提高信號增益和驅(qū)動(dòng)能力；所述信號放大電路用于放大發(fā)射信號的發(fā)射功率。
3.如權(quán)利要求2所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述信號放大電路為高頻三極管。
4.如權(quán)利要求3所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述高頻三極管為2SC3356型高頻三極管。
5.如權(quán)利要求3所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述射頻輸入帶通濾波電路包括第一電感、第二電感、第三電感、第一電容、第二電容、第三電容和第四電容，所述第一電感和第二電容并聯(lián)，其并聯(lián)電路與第二電感、第三電容和第三電感并聯(lián)，第二電感、第三電容和第三電感串聯(lián)，所述并聯(lián)電路的一端連接所 述第一電容，所述第三電感與所述第四電容并聯(lián)，所述第四電容的兩端連接所述高頻三極管的基極和發(fā)射極。
6.如權(quán)利要求3所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述放大器電流偏置電路包括第四電感、第五電容和第一電阻，所述第四電感和第一電阻串聯(lián)，所述第四電感的一端連接所述高頻三極管的基極，所述第一電阻的一端連接電源端，所述第四電感和第一電阻的連接端通過所述第五電容與地連接。
7.如權(quán)利要求3所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述輸出放大電路包括輸出諧振電路，所述輸出諧振電路包括第五電感、第二電阻、第六電容和第七電容，所述第二電阻的兩端分別連接所述第六電容和第七電容的一端，且與所述第六電容連接的一端連接電源端，另一端連接所述第五電感的一端，所述第六電容和第七電容的另一端接地， 所述第五電感的另一端連接所述高頻三極管的集電極；輸出匹配電路，所述輸出匹配電路包括第六電感和第八電容，所述第八電容一端連接所述高頻三極管的集電極，另一端連接所述第六電感的一端，所述第六電感的另一端連接所述射頻開關(guān)的輸入引腳。
8.如權(quán)利要求7所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述第五電感和第六電感在電路中垂直設(shè)置。
9.如權(quán)利要求3所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述供電模塊包括電源和DC/DC電路，所述電源為MCU、射頻信號收發(fā)器和低噪聲放大器直接供電，并通過所述DC/DC電路為所述射頻放大器和射頻開關(guān)供電。
10.如權(quán)利要求9所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述DC/DC電路包括相互連接的電源控制子電路、輸出穩(wěn)壓子電路和電感升壓子電路，所述電感升壓子電路通電感過諧振CN 102545952 A儲能用于對輸入電壓的整流和升壓；電源控制子電路用于產(chǎn)生電感諧振的振蕩信號，并監(jiān)測、調(diào)整電路輸出的電壓；輸出穩(wěn)壓子電路用于降低電感升壓子電路輸出電壓的紋波。
11.如權(quán)利要求10所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述電源控制子電路包括 PT1301、第十一電容、第十二電容、第十三電容、第三電阻和第四電阻，所述第十一電容和第十二電容一端接地，另一端分別連接所述PT1301的VDD和CE端，所述第十一電容與所述 PT1301的連接端連接電源端，所述第三電阻和第十三電容并聯(lián)，其并聯(lián)電路的兩端分別連接所述PT1301的LX和FB端，所述第四電阻連接所述PT1301的FB和GND端，所述PT1301 的VDD端接電源，CE端和LX端連接，并連接所述電感升壓子電路。
12.如權(quán)利要求11所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述電感升壓子電路包括殼封功率電感和第一二級管，所述殼封功率電感一端連接電源端，另一端連接所述第一二級管的陽極，其陰極連接所述PT1301的LX端。
13.如權(quán)利要求12所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述輸出穩(wěn)壓子電路包括第五電阻、功率三極管、第二二級管、第十四電容和第十五電容，所述功率三極管的集電極連接所述第一二級管的陰極，第五電阻連接所述功率三極管的集電極和基極，所述第二二級管的陽極連接PT1301的GND端，陰極連接所述功率三極管的基極，所述第十四電容和第十五電容的一端均連接PT1301的GND端，另一端均連接所述功率三極管的發(fā)射極。
14.如權(quán)利要求1 13中任一項(xiàng)所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述MCU為 STC11L04E 單片機(jī)。
15.如權(quán)利要求1 13中任一項(xiàng)所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述射頻信號收發(fā)器為AX5043超低功耗窄帶收發(fā)芯片。
16.如權(quán)利要求1 13中任一項(xiàng)所述的無線收發(fā)器，其特征在于，所述低噪聲放大器為 SGA-8343 芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線收發(fā)器，涉及無線信號發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域，包括MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器、射頻開關(guān)及供電模塊，所述MCU連接所述射頻信號收發(fā)器，所述射頻信號收發(fā)器分別連接所述射頻放大器和低噪聲放大器，所述射頻開關(guān)分別連接所述射頻放大器和低噪聲放大器，所述供電模塊用于為所述MCU、射頻信號收發(fā)器、射頻放大器、低噪聲放大器及射頻開關(guān)供電。本發(fā)明無線收發(fā)器具有低功耗、遠(yuǎn)距離、抗干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04B1/40GK102545952SQ20121001807
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者何世健, 農(nóng)健, 楊磊, 鄧懷東 申請人:昆山創(chuàng)通微電子有限公司