基于Si4220的315、433、868、915无线发射系统设计(南华大学).pdfVIP

基于Si4220的315/433/868/915MHz 无线发射系统的设计 1.系统方案设计与论证 1.1设计要求 设计一个无线收发信通，实现短距离单向数据传输，要求： （1） 工作于免许可证的315/433/868/915MHz频段。 （2） 低功耗，高灵敏度 （高于-100dBm），传输距离不低于50米。 （3） 具有FSK调制功能，采用时隙发送，空中速率大于500bps。 （4） 可编程控制、设计简单、操作方便、使用灵活性大。 （5） 便宜、便携，容易推广。 1.2设计方案与论证 对无线系统方案的选择关键是选择合适的发射。要从琳琅满目的无线产品中选出 满足设计要求，并使设计、操作难度，价格等其它各项指标达到最优化。设计的整体 思路是采用模块化设计，分为无线发射模块，控制模块和电源模块三个部分。 设计方案如图 （1）所示： 天线 无线发射模块 控 电源模块 制 模 块 图 （1）系统设计方案框图 1.2.1无线发射模块 1 对照设计要求，首先查找Nordic、Maxic、TI、SiliconLabs等各大公司相关无线收发 产品的数据手册，由于设计要求收发分离，单向传输，传输距离和数据率要求不是很高，综 合考虑到性能、价格、可操作性等因素，最终选定美国SiliconLabs生产的高性能、低功耗、 多通道，具有可选择的微控制器模式和EEPROM 模式两种的FSK无线发射芯片Si4220发 射模块无线核心。根据设计要求，本设计采用微控制器模式。 1.2.2控制模块 由于该芯片需要对寄存器进行设置来控制芯片的各项性能参数，为了尽量做到匹配，本 设计采用SiliconLabs推荐的由其生产的小体积高性能微控制器C8051F311作为无线控制 核心。这样可以减少考虑引脚匹配，时延和速率计算等各个因素，减小硬、软件的设计难度。 同时也能使操作简单，并减小模块体积，增加其便携性。此方案显然是可行的并且是最佳的。 1.2.3 电源模块 查找数据手册，Si4220 的工作电压范围为2.2V~5.4V，为满足无线发射功率要求，本设 计无线供电电压选择为5V。C8051F311的供电电压的典型值为3.3V。本设计拟采用相应的 稳压芯片对设备进行供电，设计中5V 稳压芯片采用IA2112-5V，3.3V 稳压芯片采用 IA2112-3.3V。 通过仔细的对比，筛选，所选的无线发射芯片Si4220 和控制芯片C8051F311和稳压芯 片都满足设计要求的最佳匹配，价格、设计难度、操作性等各项指标都能达到最优化，电源 也能满足芯片所提出的要求。因此，本方案是可实现的。 2.硬件设计 2.1无线模块 无线发射模块采用美国SiliconLabs公司生产的Si4220 （原IA4220）为核心芯片。这 是一款高集成度、低功耗、多通道的EZRadioPRO系列无线发射芯片，生产商建议和接收 芯片Si4320 配合使用使用。 2.1.1 Si4220发射芯片简介 Si4220采用16脚的 TSSOP 封装和FSK调制方式，工作在无需申请注册的315、433、 868、915MHz 频段，设计应用完全符合FCC （联邦通讯委员会）和ETSI 认证的相关规定。 Si4220 发射芯片以EZradio 技术为主要特性，是一款有弹性、低成本、高集成、在生产中 无需调整的产品。所需的RF 功能都高度集成，仅需要一个晶振和几颗退藕 （旁路）电容。 图 （2）是芯片的引脚