专利名称：无线通信电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种通信电路，特别涉及一种无线通信电路。
背景技术：
现有的微功率无线通信电路都是采用一块射频芯片和一块MCU芯片组成，MCU将信息传送至射频芯片，由射频芯片将该信息通过无线通信方式传输至外部设备，外部设备将控制信息发送至射频芯片，再由射频芯片与MCU通信将控制信息传输至MCU。其外围器件较多，电路结构复杂，电路功耗较高，不利于射频信号调制。同时，由于PCB板焊接制作时的工艺问题，致使其信号接收灵敏度较差。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种信号接收灵敏度较高的无线通信电路。本实用新型提供的这种无线通信电路，包括单芯片无线MCU、RF功率发送单元、天线阻抗匹配单元、RF差分接收单元和数据存储单元，所述单芯片无线MCU将信号传至RF功率发送单元，由其对信号进行滤波处理后发送至天线阻抗匹配单元，通过其连接天线将信号发出；外部终端设备通过天线将信号传至所述天线阻抗匹配单元，经由该单元对信号进行滤波去噪后通过所述RF差分接收单元将信号转换成差分信号后传送至所述单芯片无线MCU ;所述单芯片无线MCU与数据存储单元进行数据通信。所述单芯片无线MCU是采用Silicon Labs公司生产的超低功耗单芯片无线MCU，其型号为SilOOO。本实用新型采用了单芯片无线MCU，通过其对各个功能单元的控制与通信，能有效地控制射频噪声，提高信号接收灵敏度；通过天线阻抗匹配单元对信号发送PA阻抗进行50 Ω匹配设计，有效解决了信号发射阻抗匹配的问题。整个电路外围器件较少，其典型休眠电流小于O. IuA,实现了电路的低功耗。
图I是本实用新型的功能框图。图2是本实用新型的天线阻抗匹配单元的电路图。图3是本实用新型的RF差分接收单元的电路图。图4是本实用新型的RF功率发送单元的电路图。图5是本实用新型的单芯片无线MCU控制电路图。图6是本实用新型的数据存储单元电路图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型包括单芯片无线MCU、RF功率发送单元、天线阻抗匹配单元、RF差分接收单元和数据存储单元。单芯片无线MCU通过RF功率发送单元发送信号到天线阻抗匹配单元，该单元连接天线就将信号发出了。接收信号时，天线信号通过天线进入天线阻抗匹配单元，再经过RF差分接收单元接收，再传至单芯片无线MCU。该无线MCU与数据存储单元进行数据通信，将关键数据信息进行存储备份。本实用新型采用一块集成了射频芯片和8051单片机的单芯片无线MCU，其型号为SilOOO。通过其内部软件对寄存器、射频初始化等进行代码编写，加之简单的外围模拟电路设计，就可以实现微功率无线数据传输功能。所采用的这块单芯片无线MCU是一块超低功耗的无线MCU，封装大小5mmX 7mm，集成了高性能8位C8051F9XX内核，并固有包含内部低噪音放大器(LNA)和功率放大器(PA)的RF收发器，最高发射功率可达+20dBm@85mA，接收灵敏度可达_121dBm。本实用新型的数据传输使用半双工的通信模式，电路工作频率490-505MHZ，RF信号采用FSK、GFSK和OOK三种混合调制方式，进行无线数据通信，RF有效速率可达256kbps。如图2所示，天线阻抗匹配单元包括ANT天线硬件接口、天线静电雷击保护管D3、^型滤波器和射频开关管D2。电容Cl、电感LI和电容C2组成了 π型滤波器，即为一个Ν=3的巴特沃斯低通滤波器，其通带插入损耗最低为O. 25dB。无线信号通过ANT天线硬件接口进入天线阻抗匹配单元，再经由η型滤波器传至耦合电容C3进行高频信号耦合，然后接入射频开关管D2的5脚。射频开关管D2的I脚接至RF差分接收单元，其2脚接地，其3脚通过电容C6接至RF功率发送单元；其4脚通过电容C4接地，同时，其4脚与无线MCU的26脚相连；其6脚通过电容C5后接地，同时其6脚与无线MCU的25脚相连。此部分电路除了用于改善EMC外，所设计的一组低通滤波器还用于改善RF信号。同时，为了改善一阶低通滤波器的频率特性，采用二阶以上的高阶滤波器。天线低通滤波器(图中的η型滤波器)用于滤掉高频信号、高次谐波等外部噪声。同时，为了提高微功率无线模块的接收灵敏度，本实用新型采用了天线匹配设计中的50Ω匹配天线，从而可以很好的将电路标准化。该部分电路参数满足最前端的天线阻抗50Ω匹配电路网络。如图3所示，RF接收差分单元由电容C10、电感L5和电容Cll组成。由天线阻抗匹配单元传来的信号通过电容ClO串联电感L5，再串联电容Cll后接地；信号从电感L5的I脚接至单芯片无线MCU的18脚，电感L5的2脚接至该MCU的19脚，由此形成RF接收差分信号。其中，电容ClO和电容Cll的电容阻抗构成了差分信号的内部换算比例关系。因此，无线信号不依赖信号地，并且RF差分信号线设计比单端信号线的设计对外部EMI免疫能力更强。 如图4所示，RF功率发送单元包括切比雪夫低通滤波器和3阶T型低通滤波网络。电源VDD3V3接至单芯片无线MCU的16脚，同时该电源通过电阻R2串联电感L6后接入该MCU的17脚，电容C12、电容C13、电容C14和电容C15并联后接于电源VDD3V3和地之间。由天线阻抗匹配单元传出的信号通过一个3阶T型低通滤波网络串联一个切比雪夫低通滤波器后，再串联低阻抗信号耦合电容C9后接至该MCU的17脚。其中，电感L2、电感L3和电容C7组成3阶T型低通滤波网络；电容CS、电感L4和电阻Rl组成切比雪夫低通滤波器。本实用新型使用了 MCU芯片内部PA，通过软件代码实现模拟50 Ω阻抗匹配，同时，MCU外围电阻Rl作为其内部PA的外部匹配电阻，设计为50 Ω天线匹配，即电阻Rl=50 Ω，从而优化功率传输。整个发送电路部分设计，保证了射频信号能不失真的发射耦合到天线，从而将信号发射到空中。如图5所示，单芯片无线MCU控制单元主要是供电部分的设计，其外围器件很少。单芯片无线MCU的I脚通过晶振XL2接至其42脚；其12脚接无源晶振XLl的2脚，其13脚接无源晶振XLl的I脚，无源晶振XLl的3脚和4脚均接地；该无线MCU的23脚和44脚均接地。其24脚接GPIOO信号，其25脚接GPIOl信号，其26脚接GP102信号；其27脚通过电容C16接地，电容C17与电容C16并联后接于其27脚和地之间，其28脚通过电容C18(O. IyF)接地，参考电源VDD_REF与该无线MCU的28脚相连。该MCU的31脚接入接收数据信号RX0，其32脚接发送数据信号ΤΧ0，其35脚接模拟地信号AGND，其43脚接地，电容C19和电容C20(0. I μ F)并联后接于其38脚和37脚之间，芯片电源VDD_MCU通过电容C20后接地，该无线MCU的39脚接信号DC，其40脚接信号DD，即接至数据存储单元的存储器D9的2脚。芯片电源VDD_MCU和参考电源VDD_REF是由电源VDD3V3分压滤波得到，即电源VDD3V3通过电阻R3后得到芯片电源VDD_MCU，电阻R3的2脚通过电容C21接地；电源 VDD3V3通过电阻R4后得到参考电源VDD_REF，电阻R4的2脚通过电容C22接地。除了上述芯片供电部分的设计之外，本实用新型采用4层PCB设计，电路设计中的数字地DGND，数字电源电压DVCC，参考电压AFE，模拟地AGND和数字地DGND之间加入磁珠电感，使得额定电流不低于2A，直流阻抗尽量小，从而可以阻止印制板网络间噪声串扰。如图6所示，数据存储单元包含一个存储器D9，芯片电源VDD_MCU通过上拉控制电阻R6接入存储器D9的I脚，同时其通过上拉控制电阻R6后接入无线MCU的41脚；该电源信号通过上拉控制电阻R28接入存储器D9的3脚；该电源VDD_MCU通过上拉控制电阻R5接入存储器D9的5脚，同时其通过上拉控制电阻R5后接入无线MCU的2脚；该电源信号接至存储器D9的4脚，电容C23接于存储器D9的4脚和地之间；存储器D9的2脚接地，同时接至无线MCU的40脚。存储器的控制只能使用无线MCU的P2端口，不能使用其PO端口。该部分电路主要是通过软件实现基于8051的I2C总线数据存储，从而保证通信模块的某些固定文件在系统掉电时不会丢失。这些文件包括固件、网络节点地址、子网节点数目和地址等。
权利要求1.一种无线通信电路，其特征在于，包括单芯片无线MCU、RF功率发送单元、天线阻抗匹配单元、RF差分接收单元和数据存储单元，所述单芯片无线MCU将信号传至RF功率发送单元，由其对信号进行滤波处理后发送至天线阻抗匹配单元，通过其连接天线将信号发出；外部终端设备通过天线将信号传至所述天线阻抗匹配单元，经由该单元对信号进行滤波去噪后通过所述RF差分接收单元将信号转换成差分信号后传送至所述单芯片无线MCU ;所述单芯片无线MCU与数据存储单元进行数据通信。
2.根据权利要求I所述的无线通信电路，其特征在于，所述单芯片无线MCU是采用Silicon Labs公司生产的超低功耗单芯片无线MCU，其型号为SilOOO。
专利摘要本实用新型公开了一种无线通信电路，包括单芯片无线MCU、RF功率发送单元、天线阻抗匹配单元、RF差分接收单元和数据存储单元，所述单芯片无线MCU将信号传至RF功率发送单元，由其对信号进行滤波处理后发送至天线阻抗匹配单元，通过其连接天线将信号发出；外部终端设备通过天线将信号传至所述天线阻抗匹配单元，经由该单元对信号进行滤波去噪后发送至所述RF差分接收单元，由其将信号转换成差分信号后传送至所述单芯片无线MCU。本实用新型能有效地控制射频噪声，提高信号接收灵敏度；同时解决了信号发射阻抗匹配的问题。整个电路外围器件较少，实现了电路的低功耗。
文档编号H04B1/40GK202737863SQ20122044895
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者王成, 邱仁峰, 徐鹏程 申请人:长沙威胜信息技术有限公司