基于MC33591/MC33592的315MHz/434MHz OOK/FSK接收電路設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞：無線電接收；OOK/FSK解調(diào)；MC33591/MC33592
ＭＣ３３５９１／ＭＣ３３５９２是一個(gè)單片集成接收器，該芯片內(nèi)含６６０ｋＨｚ的中頻帶通濾波器、完整的ＶＣＯ、可消除鏡像的混頻器、曼徹斯特編碼時(shí)鐘再生電路以及完整的ＳＰＩ接口?？捎糜谠O(shè)計(jì)３１５ＭＨｚ／４３４ＭＨｚ ＯＯＫ／ＦＳＫ接收電路。
１?。停茫常常担梗保?ＭＣ３３５９２的引腳功能
ＭＣ３３５９１采用ＬＱＦＰ２４封裝形式，其引腳排列如圖１所示，各引腳功能如表１所列。
表1 MC33591/MC33592引腳功能描述
| 引 腳 | 符 號 |
描 述 |
| 1，2 | VCC | 5V電源 |
| 3 | VCCLNA | 5V LNA電源 |
| 4 | RFIN | RF輸入 |
| 5 | GNDLNA | LNA接地端 |
| 6 | GNDSUB | 輔助接地端 |
| 7 | PFD | 連接到VCO控制電壓 |
| 8 | GNDVCO | VCO接地端 |
| 9 | GND | 芯片接地 |
| 10 | XTAL1 | 基準(zhǔn)晶振 |
| 11 | XTAL2 | 基準(zhǔn)晶振 |
| 12 | CAGC | OKK IF AGC（自動增益控制）電容接入端，F(xiàn)SK基準(zhǔn) |
| 13 | DMDAT | 數(shù)據(jù)解頻（OKK和FSK解調(diào)） |
| 14 | RESETB | 狀態(tài)機(jī)復(fù)位 |
| 15，16 | MISO，MOSI | SPI輸入/輸出接口 |
| 17 | SCLK | SPI接口時(shí)鐘 |
| 18 | VCCDIG | 5V數(shù)學(xué)電源 |
| 19 | GNDDIG | 數(shù)字接地 |
| 20 | RCBGAP | 參考電壓輸出 |
| 21 | STROBE | 選通振蕩器控制輸入或待機(jī)/工作控制信號外部輸入 |
| 22 | CAFC | 自動頻率控制電容接入端 |
| 23 | MIXOUT | 混頻輸出 |
| 24 | CMIXAGC | 混頻AGC(自動增益控制）電容端 |
２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理
ＭＣ３３５９１／ ＭＣ３３５９２的射頻部分由能消除鏡像干擾的混頻器、６６０ｋＨｚ的中頻帶通濾波器、自動增益控制級和ＯＯＫ／ＦＳＫ解調(diào)器組成。控制部分則包含有數(shù)據(jù)管理器、配置寄存器、串行接口、狀態(tài)控制器等。其ＳＰＩ接口可對調(diào)制方式進(jìn)行編程選擇。電路的數(shù)據(jù)可以從比較器輸出，或者在數(shù)據(jù)管理器使能時(shí)從ＳＰＩ端口輸出。
２．１ 本機(jī)振蕩器
由于ＰＬＬ環(huán)路濾波器已被集成在ＩＣ中，因此實(shí)際應(yīng)用中的元器件數(shù)值可以根據(jù)本振參數(shù)在ＰＦＤ引腳通過一個(gè)外部濾波器作略微的改進(jìn)。使用者可以通過附加外部濾波器來選擇最佳工作狀況。鎖相環(huán)電路增益可以由ＰＧ位編程設(shè)置，該位置為１時(shí)，環(huán)路為低增益狀態(tài)。
２．２ 通信協(xié)議
用ＭＣ３３５９１／ＭＣ３３５９２進(jìn)行通信時(shí)，數(shù)據(jù)通過曼徹斯特編碼后的占空系數(shù)：在ＯＯＫ模式為４８％～５２％，而在 ＦＳＫ模式時(shí)為４５％～５５％。此外，該通信協(xié)議編碼還包括前同步（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）、ＩＤ（識別）、報(bào)頭（Ｈｅａｄｅｒ）字和數(shù)據(jù)等。其中ＩＤ（識別）字的內(nèi)容是按曼徹斯特編碼，并被預(yù)先裝入電路中的配置寄存器２。識別字傳輸速率與數(shù)值傳輸速率一致。
為了與識別或報(bào)頭字編碼不同，前同步字的內(nèi)容必須仔細(xì)定義。
報(bào)頭字應(yīng)當(dāng)是４位曼徹斯特編碼“０１１０”或者是它的補(bǔ)碼。
一般數(shù)據(jù)（Ｄａｔａ）應(yīng)緊跟報(bào)頭而沒有任何延遲。數(shù)據(jù)由一個(gè)信息結(jié)束命令?Ｅｎｄ－ｏｆ－Ｍｅｓｓａｇｅ ＥＯＭ?結(jié)束，ＥＯＭ由２個(gè)ＮＲＺ連續(xù)的１或０組成。當(dāng)采用ＦＳＫ調(diào)制時(shí)，數(shù)據(jù)由一個(gè)ＥＯＭ結(jié)束，而不能簡單地被射頻信號終止。
圖２給出了一個(gè)帶有前同步字、識別字、報(bào)頭字并跟隨２數(shù)據(jù)位及結(jié)束字的完整信號，前同步通常放在識別和報(bào)頭兩個(gè)字的前面。
圖３是一個(gè)使用ＩＤ檢測的完整信號示意圖。當(dāng)接收機(jī)進(jìn)入等待模式時(shí)，通常需要的設(shè)置時(shí)間一般為１ｍｓ。
２．３ 數(shù)據(jù)管理器
數(shù)據(jù)管理器功能模塊有五個(gè)用途，分別為ＩＤ（識別）字檢測、 報(bào)頭識別、時(shí)鐘再生、ＳＰＩ通道上的數(shù)據(jù)輸出和時(shí)鐘再生、信息結(jié)束檢測。
２．４ 串行接口
接收機(jī)（ＲＯＭＥＯ２）和微控制器一般通過串行外部接口ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）進(jìn)行通信。如果不用ＳＰＩ 接口，復(fù)位端ＰＯＲ ?Ｐｏｗｅｒ Ｏｎ Ｒｅｓｅｔ?將設(shè)置接收機(jī)為默認(rèn)結(jié)構(gòu)來完成正確的操作。ＳＰＩ接口通過以下三個(gè)輸入／輸出端來實(shí)現(xiàn)操作：
（１）串行時(shí)鐘ＳＣＬＫ；
（２）主控輸出受控輸入ＭＯＳＩ；
（３）主控輸入受控輸出ＭＩＳＯ。
主設(shè)時(shí)鐘通過ＭＯＳＩ和ＭＩＳＯ對數(shù)據(jù)輸入／輸出進(jìn)行同步，主設(shè)備和從設(shè)備可在８個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)交換一個(gè)字節(jié)信息。操作時(shí)由主設(shè)備產(chǎn)生ＳＣＬＫ時(shí)鐘并輸入到從設(shè)備。ＭＯＳＩ在主設(shè)備中被配置為輸入，而在從設(shè)備中則作為輸出線；當(dāng)主設(shè)備的ＭＩＳＩ線配置為輸出時(shí)，它在從設(shè)備中又作為輸入線。
ＭＩＳＯ和ＭＯＳＩ線一般向一個(gè)方向傳輸串行數(shù)據(jù)，并且最高位先發(fā)送。數(shù)據(jù)在ＳＣＬＫ的下降沿有效，在ＳＣＬＫ的上升沿移動。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)輸出時(shí)，ＳＣＬＫ和ＭＯＳＩ強(qiáng)制為低電平。使用Ｍｏｔｏｒｏｌａ的微控制器時(shí)，其時(shí)鐘相位和極性控制位ＳＰＩ必須設(shè)置為ＣＰＯＬ＝０，ＣＰＨＡ＝１。
２．５ 配置寄存器
在配置模式中，只要在復(fù)位端（ＲＥＳＥＴＢ）保持一個(gè)長時(shí)間的低電平，微控制器將作為主設(shè)在ＳＣＬＫ上提供時(shí)鐘信號，并在ＭＯＳＩ線上提供控制和配置位。如果不用默認(rèn)配置，微控制器（ＭＣＵ）將通過寫入配置字到配置寄存器來改變配置。配置寄存器的內(nèi)容可以返回到微控制器并進(jìn)行檢測。
當(dāng)ＲＥＳＥＴＢ引腳為高電平時(shí)，如果數(shù)據(jù)管理器被使能（ＤＭＥ＝１），接收機(jī)將作為主設(shè)在ＭＯＳＩ線上發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)，同時(shí)在ＳＣＬＫ上發(fā)送接收到的時(shí)鐘信號。
圖3
當(dāng)接收機(jī)ＳＰＩ由主設(shè)（工作模式）變?yōu)閺脑O(shè)（配置模式）或者由從設(shè)變?yōu)橹髟O(shè)時(shí)，在模式轉(zhuǎn)換前，ＭＣＵ中的ＳＰＩ推薦設(shè)置為從設(shè)。
在接通電源時(shí)，ＰＯＲ首先復(fù)位內(nèi)部寄存器，以使接收機(jī)系統(tǒng)被設(shè)置在默認(rèn)模式。在這個(gè)配置中，ＳＰＩ是不使能的，同時(shí)接收機(jī)將在ＭＯＳＩ線上發(fā)送原始數(shù)據(jù)。實(shí)際上，默認(rèn)配置可使電路作為一個(gè)沒有外部控制的獨(dú)立接收機(jī)來運(yùn)行。
ＭＣ３３５９１／ＭＣ３３５９２有三個(gè)配置寄存器ＣＲ１～ＣＲ３。其中配置寄存器１（ＣＲ１）控制３個(gè)寄存器的存?。ㄗx或?qū)懀?，主要用于選擇載波頻率、設(shè)置數(shù)據(jù)調(diào)制方式、控制選通振蕩器使能、定義選通比、控制數(shù)據(jù)管理器使能、定義報(bào)頭字等。配置寄存器２（ＣＲ２）用于定義識別字的內(nèi)容。配置寄存器３（ＣＲ３）則用于定義數(shù)據(jù)速率、設(shè)置混頻器增益、控制ＭＩＸＯＵＴ引腳的轉(zhuǎn)換、設(shè)置相位比較器增益等。
２．６ 接收機(jī)的模式
通電復(fù)位后，接收機(jī)一般有三種不同的模式，第一種是睡眠模式，也就是低功耗模式。第二種是配置模式，用于對內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作，在這種模式中，ＳＰＩ處于從設(shè)位置并且接收機(jī)被使能。晶體振蕩器振蕩為ＳＰＩ產(chǎn)生時(shí)鐘信號。解調(diào)的數(shù)據(jù)可由ＤＭＤＡＴ讀出，但是不能通過ＳＰＩ發(fā)送。第三種為工作模式，處于該模式時(shí)，接收機(jī)可以等待射頻信號或接收信息。
３ ＭＣ３３５９１／５９２的應(yīng)用電路
ＭＣ３３５９１／ＭＣ３３５９２的應(yīng)用電路如圖４所示。該電路在３１５ＭＨｚ時(shí)應(yīng)選擇９．８６４３７５ＭＨｚ晶振，而在４３４ＭＨｚ時(shí)則應(yīng)選１３．５８０６２５ＭＨｚ的晶振。采用ＦＳＫ調(diào)制時(shí)，圖４中的低通濾波電容Ｃ２的值與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系如表２所列。
表2 采用FSK調(diào)制時(shí)C2與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系
| 名 稱 | 數(shù)據(jù)速率對應(yīng)電容值 | 單 位 | |||
| 數(shù)據(jù)速率 | 1.2 | 2.4 | 4.8 | 9.6 | kBaud |
| C2 | 100 | 47 | 22 | 12/10 | nF |
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