摘要：為解決采用315 MHz或433 MHz頻段無線接收模塊的系統(tǒng)，干擾源多，接收靈敏度低，設計調試復雜等問題，提出了一種868 MHz無線接收模塊的設計方案。方案中采用英飛凌低功耗單芯片FSK／ASK超外差無線接收器TDA5210，以及少量的外圍分立器件。通過改善接收模塊PCB中銅箔天線走向，提高接收靈敏度；在接收模塊的電源和地的輸入端串入磁珠，以減少來自應用系統(tǒng)中晶振等高頻器件的噪聲干擾。實驗結果表明，基于TDA5210的無線接收模塊，設計調試簡單，干擾源少，抑制噪聲能力強，接收靈敏度高，工作穩(wěn)定。
隨著無線技術的發(fā)展，無線控制應用已經深入各行各業(yè)，安防、汽車電子、玩具等隨處可見無線遙控的應用。目前市面上無線遙控產品比較多工作在315 MHz和433 MHz的頻段，主要采用ASK調制方式。與此同時，在這兩個頻段上的干擾源也比較多。特殊行業(yè)的產品由于關系到人身安全，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求苛刻，需要盡可能地減少同頻干擾，比如醫(yī)療監(jiān)控，無線溫度采集系統(tǒng)，汽車胎壓監(jiān)測等應用，因此采用868 MHz頻段比采用315 MHz和433 MHz頻段具有更少的干擾源。目前市面上能夠提供868 MHz無線接收芯片的芯片廠家非常少，英飛凌(Infineon)公司是少數能夠提供868 MHz單芯片接收芯片的廠家。本設計采用英飛凌TDA5210接收芯片，采用ASK(振幅鍵控)調制方式，設計簡單，易于調試，接收靈敏度高，抗干擾性能強。
1 TDA5210接收芯片簡介
TDA5210是一款低功耗，單芯片FSK／ASK超外差接無線收芯片，其工作頻段為810～870 MHz和400～440 MHz，該芯片集成度高，只需要少量外圍器件就可以完成應用，其引腳與英飛凌公司的ASK接收器TDA5200兼容。TDA5210芯片內置低噪聲放大器(LNA)、雙平衡混合器、壓控振蕩器(VCO)、鎖相環(huán)(PLL)、晶振、限幅器、鎖相環(huán)FSK解調器(PLLFSK dcmodulator)、數據濾波器(data filter)、數據限幅器(dataslic-er)、峰值檢波器(peak detector)等電路，同時它還具有自動休眠功能，可以減少電池消耗，適用于對功耗要求比較高的場合。圖1為TDA521 O內部框圖。
2 原理圖設計
接收模塊原理圖如圖2所示。由C1，C2，L1，C3組成的濾波網絡，對天線端的無線信號進行匹配，將帶寬頻率范圍內的微弱信號送至LIN引腳；信號經過芯片內部的LNA(低噪聲放大器)放大后，進入MI引腳與VCO產生的信號進行混頻，將高頻信號中的數據信號分離出來，然后經過一個10．7 MHz的陶瓷中頻濾波器，再經過內部限幅器LIMITEB，最后信號被一個比較器分離，產生最終的數據電平信號。
3 PCB(印刷電路板)設計和器件選型
在一般的應用中，為了設計的方便，同時也為了減少系統(tǒng)對無線接收電路的干擾，接收模塊都是以獨立模塊的形式出現，并且其物理尺寸一般比較小，這就要求在進行PCB布線的時候元器件的排布盡可能緊湊，各個元件之間的走線距離要盡可能短，以降低信號干擾。另外，天線對于模塊的接收效果至關重要，因此在布線的時候，對于在PCB上的銅箔天線部分，其走線盡可能靠近PCB板邊緣，并且要遠離干擾源晶振和中頻濾波器，這樣可以改善模塊的接收效果。接收模塊PCB實物圖如圖3所示。
關鍵器件的參數選擇對于無線信號的接收至關重要，因此選擇合適參數的器件可以提高接收模塊的接收效果，降低噪聲。TDA521O是窄帶RFIC，晶振的偏差和晶振負載電容的不一致都會影響接收靈敏度，建議采用規(guī)格為13．401 55 MHz，頻率偏差為10 ppM，負載電容采用12 pF。中頻濾波器對于接收效果也有很大影響，其主要參數有：中心頻率，3 dBbandwidth等，中心頻率需采用10．7 MHz；3 dB bandwidth應該選擇(150±50 kHz)，如果帶寬參數選小了，導致在中心頻率正常范圍內的信號無法通過，影響接收距離，如果帶寬選擇大了，將產生大量的無線噪聲，極端情況下噪聲甚至會淹沒正常的信號。另外，天線后端的電容和電感的品質也很重要，建議選擇品質比較高的器件品牌。
4 硬件調試
根據TDA5210內部結構，模塊調試可以根據接收信號的走向，用示波器對信號走向中的各個關鍵點進行信號測量，以判斷各個部分的器件電路是否工作正常，調整相應部分的器件參數提高信號的輸出強度?？梢砸来螠y試Pin17(LIM)、Pin 20(SLIN)、Pin 25(DATA)，各個關鍵測量點，各個引腳的信號基本波形如圖4。
調試過程中發(fā)現TDA521O輸出解調數據信號的Data引腳，在空閑狀態(tài)，會輸出大量噪聲，這些噪聲信號非常不利于主控單片機的接收處理。經過分析，該噪聲是由于主控板中MCU的晶振或者其他高頻元件產生的干擾，這些干擾通過電源和地線串擾至接收板上，因此為解決這個問題可以在接收板的電源和地端各串一個阻值為500 Ω的磁珠，用來抑制高頻串擾。圖5為加磁珠后信號輸出情況。
從圖5中可以看出，增加磁珠后，噪聲受到抑制，接收效果明顯改善。
5 無線模塊應用
5．1 系統(tǒng)框圖
無線智能門禁系統(tǒng)采用基于TDA5210的無線接收模塊，如圖6所示，系統(tǒng)主控芯片采用飛思卡爾MC68HC908JK8，該單片機具有8 K的可編程Flash存儲器，256字節(jié)RAM片上存儲器，2個16位定時器，13路A／D輸入通道，同時具有輸入信號捕捉，PWM輸出等功能，在5 V的工作電壓下，最大總線頻率可以達到8 MHz，同時具有很高的電磁兼容性能，適用于對電磁干擾要求比較高的系統(tǒng)。
系統(tǒng)的輸入部分包括：接收無線信號輸入、按鍵輸入、撥碼開關輸入、電位器A／D輸入、光電信號輸入。系統(tǒng)的驅動輸出部分包括電機驅動輸出、燈光驅動輸出、指示燈輸出。
遙控器端數據編碼芯片則采用Microchip HCS301，HCS301是一款基于Keelog滾動碼技術的編碼芯片，與固定編碼的芯片相比，其具有很高的系統(tǒng)安全性能，非常適用于對安全性要求比較高的場合。系統(tǒng)存儲器采用ATMEL公司的EEPROM AT24C02芯片。
5．2 系統(tǒng)軟件設計
主控板接收端沒有采用Microchip的keelog硬件解碼芯片HCS512，而是采用軟件解碼的方式，這樣既增加了軟件控制的靈活性，又可以減低系統(tǒng)的成本。從無線接收模塊輸出的電平脈沖信號，接到單片機的外部中斷口，控制程序根據HCS301的數據脈寬電平規(guī)格，進行解碼。主控程序根據遙控器發(fā)送過來的按鍵信息，對門進行控制。
AT24C02用于保存學習過的遙控器發(fā)射芯片的ID號碼，以保證主控板與遙控器的收發(fā)對應關系，一個主控板可以存儲多組遙控器的信息，可以根據用戶需要，實現一對一或一對多的對應關系。主控芯片根據撥碼開關的狀態(tài)組合，可以運行于不同的模式。同時，根據光電信號輸入，主控芯片可以檢測到門下方是有人或物體通過，避免造成人或物品被誤壓的事故。電位器用于產生不同的A／D值，不同的A／D值對應于不同的時間檔位，進而控制不同類型門的開關行程。系統(tǒng)除了可以用遙控器控制以外，還可以通過按主控板上的按鍵進行相應的控制。
采用868 MHz頻段的無線智能門禁系統(tǒng)與采用315 MHz，433 MHz的系統(tǒng)相比，具有更少的干擾源，同時采用基于TDA5210接收模塊的無線控制系統(tǒng)具有很高的靈敏度和抗干擾性能。
6 結束語
本文闡述了基于英飛凌TDA5210電路的868 MHz無線接收模塊的設計，詳細說明了信號調試過程中的方法，并分析了高頻噪聲的產生原因，提出了信號抑制的方法。分析了其在智能門禁系統(tǒng)中的應用，該智能門禁系統(tǒng)已經批量生產，系統(tǒng)非常穩(wěn)定。