一種應(yīng)用于無(wú)線測(cè)量與控制系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器
摘要:設(shè)計(jì)一款抗干擾性強(qiáng)、速率高的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器,保證無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)的性能。該系統(tǒng)采用集成了USB2.0接口的C8051F320作控制器,取代傳統(tǒng)的控制器通過(guò)中間轉(zhuǎn)換器與USB接口分立連接的方法,調(diào)制與解調(diào)方式采用具有良好頻譜和功率特性的GMSK模式,雙頻單極子天線經(jīng)過(guò)平面化處理。仿真與測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)具有良好的功率譜特性和較好的抗干擾性能,數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)64kbps;天線滿足IEEE802.11a、b標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的WLAN兩個(gè)頻段要求。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/277708.htm引言
作為無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)中重要的組成部分,無(wú)線調(diào)制解調(diào)器需要具備高速化、可靠性高、封裝體積小等特性。已有的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器解決方案,有的采用頻移鍵控(FSK)方式[1-2],其數(shù)據(jù)傳輸率不高,最高速率分別為20kbps和1.2kbps,而且FSK方式雖然實(shí)現(xiàn)容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好,但是如果噪聲源固定且與中心頻率相差不大,則對(duì)FSK很不利。也有的采用快速移頻鍵控(FFSK/MSK)方式[3],其最高數(shù)據(jù)傳輸速率為4.8kbps;還有采用四時(shí)四頻調(diào)制(TFSK)方式[4] ,其信道穩(wěn)定性較差,通信速率不高(不足600bps)。
本文的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器采用高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)方式,其已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到平滑,把MSK信號(hào)相位路徑的尖角平滑掉,因此頻譜特性相比FSK、MSK方式更佳,其最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)64kbps;另外,采用的射頻芯片nRF401(見(jiàn)文獻(xiàn)[2])所配置的天線一般是外接式直桿天線,而且采用USB2.0接口設(shè)計(jì)時(shí)增加了一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換集成芯片F(xiàn)T245AM,不僅使系統(tǒng)成本會(huì)增加,而且不適合于小型化封裝。本文設(shè)計(jì)的印刷雙頻單極子天線不僅可以滿足兩個(gè)頻段要求,而且與其它元件一起印刷在電路板上實(shí)現(xiàn)集成,不會(huì)外露在板外,實(shí)現(xiàn)低成本與集成化。仿真與測(cè)試結(jié)果表明,該無(wú)線調(diào)制解調(diào)器具有良好的功率譜特性和較好的抗干擾性能,完全滿足無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)高速化、高可靠性的要求。
1 無(wú)線調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示,系統(tǒng)工作流程為:需要控制遠(yuǎn)程設(shè)備時(shí),控制器C8051F320通過(guò)USB接口接收上位機(jī)送出的基帶信號(hào),并送至GMSK集成芯片F(xiàn)X589進(jìn)行GMSK調(diào)制,然后送給鎖相環(huán)74HC4046進(jìn)行FM調(diào)制,實(shí)現(xiàn)頻譜搬移,最后經(jīng)功率放大并送至天線發(fā)射。而采集與接收數(shù)據(jù)的過(guò)程正好相反。
1.2 C8051F320控制器
C8051F320是新華龍公司提供的單片機(jī),主要特點(diǎn)為:具有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器內(nèi)核;全速、非侵入式的在片調(diào)試接口;通用串行總線(USB)功能控制器;八個(gè)靈活的端點(diǎn)管道、集成收發(fā)器和1K FIFO RAM[5]。
引腳標(biāo)號(hào)除了第4、5腳與主機(jī)的USB接口通信外,其它都是與GMSK芯片F(xiàn)X589相連:第1、2腳是數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)鐘、第9腳設(shè)置接收載波檢測(cè)電路的工作模式;第29腳控制發(fā)送使能端;第15、16腳進(jìn)行時(shí)鐘分頻值選擇;第11腳是BT 選擇;第25、26腳實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā),第13腳設(shè)置接收鎖相環(huán)工作模式。
1.3 GMSK的調(diào)制與解調(diào)
GMSK[6]是MSK的改進(jìn)型。GMSK的基本原理是讓基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)高斯濾波器濾波,使基帶信號(hào)形成高斯脈沖之后進(jìn)行MSK調(diào)制,其頻譜特性?xún)?yōu)于MSK和SFSK。
圖3 的FX589引腳中除了第11、16腳是與下一級(jí)FM調(diào)制解調(diào)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)外,其它主要與C8051F320通信。
FX589 是CML 公司生產(chǎn)的專(zhuān)用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹赏秸{(diào)制解調(diào)器, 其數(shù)據(jù)發(fā)送和接收采用串行方式,使用全雙工或半雙工方式工作,具有很寬的數(shù)據(jù)速率,其數(shù)據(jù)速率范圍從4 kbps 到64 kbps,可以通過(guò)片端編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率和BT 選擇(0.3 或者0.5)。
主要引腳為:
Xtal(1 腳):片內(nèi)晶振輸出端;
Xtal/Clock(2 腳):外接晶體或時(shí)鐘輸入端;
ClkDivA、ClkDivB(3、4 腳):時(shí)鐘分頻值選擇;
RXDCa(6 腳):設(shè)置接收載波電路的工作模式;
PLLacq(7 腳):用于設(shè)置接收鎖相環(huán)的工作模式;
RxFB(10 腳):接收放大器反饋輸出端;
RxSIN(11 腳):接收信號(hào)輸入端;
Vss(12 腳):電源電壓輸入端;
BT (15 腳):BT 選擇端;
TxOUT(16 腳):發(fā)送信號(hào)輸出端;
TxEN(17 腳):發(fā)送使能端,高電平有效;
Tx Data(l9 腳):發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端;
Rx Dala(20 腳):接收數(shù)據(jù)輸出端;
Rx CLK(2l 腳):接收時(shí)鐘輸出;
Tx CLK(22 腳):發(fā)送時(shí)鐘輸出。
評(píng)論