基于TDA5255的射频收发器设计

1 引言
         近距离无线数据通信作为无线接入通信方式中的一种，可广泛应用于遥控、报警、遥测等领域。采用射频收发器件设计射频收发器是一种重要的实现近距离信息传输的方式。本文基于英飞凌公司的射频收发器TDA5255和XC866单片机设计一个射频收发器，实现了信息传输。
2 TDA5255射频收发器
2.1 主要特点
         TDA5255是低功率、单片FSK／ASK收发器，适用于433 MHz～435 MHz半双工低数据速率通信。该器件集成度高、外围电路简单。内部包含功率放大器、低噪声放大器、AGC控制电路、双平衡混频器、合成的转换器、I／Q限幅器、RRSI发生器、FSK解调器、完全集成的VCO和PLL合成器、可调的晶体振荡器、数据滤波器、数据比较器、正负峰值检波器、数据率检测电路和总线接口，还可提供低功耗模式，低电流消耗(接收模式9 mA，发射模式12 mA)，电源电压为2.1 V～5 V，FSK／ASK调制和解调，I2C／3线微控制器接口，内部低通通道选择滤波器和数据滤波器可以调节带宽。数据限幅器自调节阈值。FSK接收灵敏度为-109 dBm，发射功率为+13 dBm，最大数据速率可达100 kb／s。可用于低数据速率通信系统、无线进入系统、遥控系统、报警系统、遥测系统、家庭自动化系统等。
2.2 工作模式设置
         TDA5255的基本工作模式包括：发送／接收模式、ASK／FSK调制、高发射功耗／低发射功耗模式，可以通过相应的引脚Rx／Tx，ASK／FSK，PWD／DD进行控制。
         除此之外，TDA5255可以通过BUSMODE引脚选择I2C总线协议或3线总线协议。通过修改TDA5255内部寄存器的值选择工作模式。但是在这种情况下，首先修改TDA5255中的CONFIG寄存器中的D12位。当D12=0时，工作模式为外部控制；当D12=1时，采用内部控制，即由内部寄存器控制发送模式／接收模式、ASK调制／FSK调制、高发射功耗模式／低发射功耗模式，不受外部引脚控制。
         TDA5255的其他工作参数均可以通过修改其内部寄存器的值来设置。包括分频输出时钟频率，FSK频移值，RSSI信号门限等。
2.3 硬件电路设计
         微控制器与射频芯片之间共需要7根线,分别是电源、地、BUSCLK、BUSDATA、Rx／Tx、DATA、PWD／DD。如图1所示。

         当BUSMODE=0时，TDA5255的总线模式为I2C。微控制器通过I2C总线设置TDA5255的工作模式。BUSCLK和BUSDATA分别为总线时钟线和总线数据线。
         Rx／Tx引脚悬空或为高电平时，TDA5255处于发送状态。此时，射频信号从天线经C6，C8，C9，L1，C11到低噪放大器输人引脚。R9为高阻，不影响电路匹配。C6为直流去耦电容。差动低噪放大器的另一个输入信号可通过大电容交流耦合。此时差动低噪放大器作为更易于匹配的单端低噪放大器。重要匹配元件有C8，C9，L1和C11。
         Rx／Tx引脚接地或者通过编程可使器件处于接收状态。此时，Rx／Tx引脚工作在漏极开路状态，输出逻辑低，对RF低阻。直流电流从VCC经由L2，L3，D2，R9和D1到GND。因为R9高阻，C6，C4，C5的容值大。电路可简化RF信号。此时低噪放大器RF接地，所以低噪放大器输入无功耗。功率放大器匹配主要取决于C8，C28，L2，C29和L3。需要注意的是，在设计功放匹配时，C8是不可以修改的，因为其数值已经由低噪放大输入匹配确定。为准确计算外部电容，必须考虑焊盘上的电容，以及引脚和开关(C20，C22，C23)之间的寄生电容。
         PWD／DD引脚用于设置射频器件的高低功耗模式。DATA引脚是数据引脚，发送模式下，由单片机发送信号至射频器件；接收模式时，如果能接收到信号，该引脚与发送端的波形相同，测试延时25μs。当接收不到信号时，该引脚输出无规律的脉冲杂波。实际使用时，可以通过修改TDA5255的RSSI信号门限值去除杂波，让DATA引脚在没有接收到有效信息时保持低电平。
3 微控制器及软件设计
3.1 XC866单片机简介
         微控制器选用英飞凌公司的XC866 8位单片机。XC866的设计基于与标准8051处理器相兼容的XC800内核。XC866内部集成振荡器或内嵌电压调节器(可由3.3 V或5.0 V单电源供电)。
         XC866的同步串行通道(SSC)支持全双工和半双工同步通信。通过TXD和RXD线发送和接收数据，通常这两条线分别与引脚MTSR(主机发送／从机接收)和MRST(主机接收／从机发送)相连。时钟信号由MS_CLK(主机串行移位时钟)输出或从SS_CLK(从机串行移位时钟)输入，这两条时钟线通常与引脚SCLK相连。数据的发送和接收均有缓冲寄存器。在与TDA5255之间进行信息传输时使用半双工通信方式，通过I2C总线协议设置TDA5255的内部寄存器值。
         微控制器完成TDA5255的工作模式设置，控制TDA5255发送有效的信息；接收和处理TDA5255接收到的数据等工作。P1.0、P1.1分别接MAX3232的RXD0和TXD0，用于完成与PC机的串行通信。
3.2 软件设计
         软件程序流程图如图2所示。

         发送数据采用先发一个“0”，再发一个“1”，然后发信息比特“0”或者“1”，这样在上升沿后，延时1.5个基本时间就可获得信息码。如图3所示。基本时间的定义决定信息的发送速率.这里取100μs。每300μs发送一个信息码，发送速率为3.3kb／s。TDA5255的最大数据速率可达100 kb/s。

4 结束语
         设计的射频收发器能短距离信息传输，并通过与PC机的连接发送PC机的任意信息，还可在上位机界面上显示获得的反馈信息。该系统应用于电动小车的控制器，控制效果良好。还可以作为模块移植，应用于近距离遥控等方面。