基于TH71101的FSK/ASK数字接收电路设计

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摘要：TH71101是一个单片射频接收器芯片，工作在300～450MHz ISM频段；片内包含低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路，能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。文中给出了TH71101的结构、原理、特性及应用电路。

    关键词：无线接收 FSK ASK 频率合成器 TH71101

1 概述

TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片，工作在300～450MHz ISM频段，能与TH7107等芯片配套，实现ISM频段无线模拟和数字信号传输；内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s，ASK数据速率达80kb/s，FM带宽15kHz；灵敏度111dBm。电源电压2.5～5.5V,工作电流8.2mA，待机电流<100nA。适用于ISM（工业、科学和医学）频率范围内的各种应用，如数据通信系统、无钥匙进入系统、遥控遥测系统、安防系统等。
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2 芯片封装与引脚功能

TH71101采用LQFP32封装，各引脚功能如表1所列。

表1 TH71101引脚功能

引脚号	符  号	功       能
1	VEE	地
2	GAIN-LNA	低噪声放大器（LNA）增益控制
3	OUT-LNA	LNA输出，连接到外接的LC调谐回路
4	IN-MIX1	混频器1（MIX1）输入，单端阻抗约33Ω
5	VEE	地
6	IF1P	中频1（IF1）集电极开路输出
7	IF1N	中频1（IF1）集电极开路输出
8	VCC	电源输入
9	OUT-MIX2	混频器2（MIX2）输出，输出阻抗约330Ω
10	VEE	地
11	IFA	中频放大器（IFA）输入，输入阻抗约2.2kΩ
12	FBC1	连接外接的中频放大器反馈电容
13	FBC2	连接外接的中频放大器反馈电容
14	VCC	电源输入
15	OUT-IFA	中频放大器输出
16	IN-DEM	解调器（DEMOD）输入
17	VCC	电源输入
18	OUT-OA	运算放大器（OA）输出
19	OAN	运算放大器（OA）负极输入
20	OAP	运算放大器（OA）正极输入
21	RSSI	RSSI输出，输出阻抗约36kΩ
22	VEE	地
23	OUTP	FSK/FM正输出，输出阻抗100300kΩ
24	OUTN	FSK/FM负输出，输出阻抗100300kΩ
25	VEE	地
26	RO	基准振荡器输入，外接晶体振荡器和电容
27	VCC	电源输入
28	ENRX	模式控制输入
29	LF	充电泵输出和压控振荡器1（VCO1）控制输入
30	VEE	地
31	IN-LNA	LNA输入，单端阻抗约26Ω
32	VCC	电源输入

3 芯片内部结构与工作原理

TH71101内部结构框图如图1所示。芯片内包含低噪声放大器（LNA）、两级混频器（MIX1、MIX2）、锁相环合成器（PLL Synthesizer）、基准晶体振荡器（RO）、充电泵（CP）、中频放大器（IFA）、相频检波器（PFD）等电路。

LNA是一个高灵敏度接收射频信号的共发、共基放大器。混频器1（MIX1）将射频信号下变频到中频1（IF1），混频器2（MIX2）将中频信号1下变频到中断信号2（IF2），中频放大器（IFA）放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。相位重合解调器和混频器3解调中频信号。运算放大器（OA）进行数据限幅、滤波和ASK检测。锁相环合成器由压控振荡器（VCO1）、反馈式分频器（DIV16和DIV2）、基准晶体振荡器（RO）、相频检波器（PFD）、充电泵（CP）等电路组成，产生第1级和第2级本振信号LO1和LO2。

图2 FSK接收电路图

    使用TH71101接收器芯片可以组成不同的电路结构，以满足不同的需求。对于FSK/FM接收，在相位重合解调器中使用IF谐振回路。谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。对于ASK结构，RSSI信号馈送到ASK检波器，ASK检波器由OA组成。

图3 ASK接收电路

    TH71101采用两级下变频。MIX1和MIX2由芯片内部的本振信号LO1和LO2驱动，与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制，如表2和表3所列。有效的射频前端滤波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC滤波器，在LNA的输出使用LC滤波器。

表2 基准频率fREF、本振频率fL0、中频fIF与FRF镜像抑制关系

注入类型	低  端	高  端
fREF	（fRF-fIF）/16	fRF+fIF/16
fLO	16·fREF	16·fREF
fIF	fRF-fLO	fLO-fRF
fRF image	fRF-2fIF	fRF+2fIF

表3 在fIF=10.7MHz时，基准频率fREF、本振频率fL0与fRF镜像抑制的关系

参  数	fRF=315MHz	fRF=315MHz	fRF=433.6MHz	fRF=433.6MHz
	低	高	低	高
fREF/MHz	19.01875	20.35625	26.43125	27.76875
fLO/MHz	304.3	325.7	422.9	444.3
fRF image/MHz	293.6	336.4	412.2	455.0

4 应用电路设计javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

基于TH71101的FSK和ASK应用电路如图2、3所示。TH71101与单片机的接口电路如图4所示。

ENRX=“0”时，接收模块进入待机状态，ENRX=“1”时，接收模块进入接收状态。TH71101解调输出数据经RXD进入单片机，数据格式和数据速率由用户根据需要确定。应注意的是：FSK数据速率不能超过40kb/s，ASK数据速率不能超过80kb/s。