3线总线收发器XE1201

1 概述

　　XE1201是由XEMICS公司生产的RF收发IC，它将无线传输技术的发射与接收功能集成在单一芯片上，同时集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制以及高速率、超低功耗等功能。XE1201可工作在433MHzISM频带和390～470MHz频带，其数据传输速率可达64kbit／s。另外，XE1201还采用了连续相位的2级频移键控（CPFSK）方式。
XE1201的接收部分除了具有滤波通道和接收所用的解调器外，还集成有低噪声放大器（LNA）和下变频器，它采用直接变频方式，其微控制器接口可直接对数据流进行处理，并可产生同步数据时钟（CLKD）。
XE1201的发射部分可完成从数据流到天线的传送，并提供了一个完整的通道，该部分带有一个可对频偏进行编程的直接上变频器，并可对其RF输出功率进行控制。
XE1201的最主要特点是其带有3线总线接口，并可通过该3线总线以及外部引脚来设置传输状态，仅需极少的外部元件（无线匹配网络、振荡电路、SAW振荡器）即可完成接收和发射双重功能。
XE1201的主要技术数据如下：
●电源电压：2．4V；
●RF敏感度：109dBm；
●数据传输速率：64kbit／s；
●发射功率：－5dBm；
●待机电流：＜1μA；
●接收电流：6mA；
●发射电流：－5dBm时为8mA；－20dBm时为5mA。
●响应时间：＜1s；
●频率偏离：125kHz。

2 工作原理

　　XE1201的原理框图如图1所示，各引脚功能描述如表1所列。由图1可以看出，XE1201主要由接收、发射、本振及3线总线接口四部分组成。

2．1 接收
　　XE1201型3线总线收发器中的接收部分由低噪声放大器（LNA）、下变频器、自激消除模块、基带滤波器以及位同步器等部分组成。其中LNA提供的低噪增益可通过外部电路（分立元件）进行调节，该外部电路由输出LC振荡电路和RF输入LC匹配网络组成；下变频器具有90°相移电路和2个合成器及其各通道（I／O），可用于完成零中频接收器的直接下变频；自激消除模块则用来对DC和低频输出信号进行50dB衰减，以避免本振上的自激振荡；基带滤波器由2个级联的Sallen＆key低通滤波器组成，每级有10dB的增益，可实现具有30kHz关断频率的4级Butterworth低通滤波，其AC耦合（截止频率为64kHz）可以避免偏移量的增加，并可衰减1／f的噪声；而位同步器是一个可被ALU控制的数字PLL，它为系统提供同步数据时钟。为了提高其性能，可根据所需的数据速率来通过3线总线对位同步器进行编程设计。

2．2 发射
　　XE1201的发射部分由DDS调制器、单边带上变频器及功率放大器组成。它可直接通过数字合成器（DDS）来实现，由于XE1201的FSK频偏相当精确，并可通过3线总线进行调节，因此，I和Q基带可在抗干扰滤波器后直接上变频到UHF频段。
DDS调制器由数字和模拟两个模块构成。在数字模块中，其内部时钟设在2MHz，并由DDS将数据位流转换成正、余弦信号。当相位累加器为7位时，其频偏最小的步进频率（每位）为3．9kHz，频偏差（FSK）的可编程调节范围为0～127（7位）。因此，理论上它的范围为295kHz。开机时，频偏值为32（125kHz）。当Data为0时，f＝f_Lo－f_dev；Data为1时，则有f＝f_lo＋f_dev。如图2所示。另外，也可对解调器的频率偏移进行调节以使其满足f_dev＝3906．25?n（Hz），其中n为无符号的7位字的十进制值，在数字模块中，f_dev必须满足Filter BW＞f_dev＞Data。而DDS模块中的模拟模块（DDSA）的任务是将正、余弦信号从DDS转换成模拟的I和Q信号，该转换通常由2个8位DAC来完成。

单边带上变频器可用于完成从基带FSK信号到UHF频率的频率转换。功放则可为天线发射RF信号提供驱动，但它并不能直接驱动天线，而需要有外部匹配网络。应当指出，该功放的输出功率也是可编程的（4级）。
2．3 本振
　　本振电路是以一个标准的SAW振荡器为基准，这个SAW振荡器可提供最快的开关时间，同时也可改变低功率UHF振荡器的频率。对于433MHz的ISM频带来说，SAW可在433．92MHz频率上产生谐振，其时钟产生信号可驱动一个90°的相移器，而这个相移应连到单边带上变频器。
2．4 3 线接口及内部寄存器
　　XE1201最主要的特点是可通过3线总线接口来对FSK频偏、时钟使能、RF输出功率和数据速率及其它辅助功能等进行设计编程。并可通过此接口和相关引脚来设置其接收、发射和待机状态。
3线总线接口电路由3个内部寄存器（A、B、C）组成，它可在SC的上升沿采集数据位。其内部电路通过对SC的上升沿进行计数来检测输入数据的有效性，如果在SC上检测到的边沿数为16个，则数据将从输入移位寄存器转移到相应的寄存器中，图3所示为该寄存器的排列操作时序。其控制命令字的格式如下：

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