基于TDA5210的868 MHz无线接收模块设计

摘要：为解决采用315 MHz或433 MHz频段无线接收模块的系统，干扰源多，接收灵敏度低，设计调试复杂等问题，提出了一种868 MHz无线接收模块的设计方案。方案中采用英飞凌低功耗单芯片FSK／ASK超外差无线接收器TDA5210，以及少量的外围分立器件。通过改善接收模块PCB中铜箔天线走向，提高接收灵敏度；在接收模块的电源和地的输入端串入磁珠，以减少来自应用系统中晶振等高频器件的噪声干扰。实验结果表明，基于TDA5210的无线接收模块，设计调试简单，干扰源少，抑制噪声能力强，接收灵敏度高，工作稳定。
关键词：TDA5210；英飞凌；868 MHz；无线接收

随着无线技术的发展，无线控制应用已经深入各行各业，安防、汽车电子、玩具等随处可见无线遥控的应用。目前市面上无线遥控产品比较多工作在315 MHz和433 MHz的频段，主要采用ASK调制方式。与此同时，在这两个频段上的干扰源也比较多。特殊行业的产品由于关系到人身安全，对系统的稳定性要求苛刻，需要尽可能地减少同频干扰，比如医疗监控，无线温度采集系统，汽车胎压监测等应用，因此采用868 MHz频段比采用315 MHz和433 MHz频段具有更少的干扰源。目前市面上能够提供868 MHz无线接收芯片的芯片厂家非常少，英飞凌(Infineon)公司是少数能够提供868 MHz单芯片接收芯片的厂家。本设计采用英飞凌TDA5210接收芯片，采用ASK(振幅键控)调制方式，设计简单，易于调试，接收灵敏度高，抗干扰性能强。

1 TDA5210接收芯片简介
TDA5210是一款低功耗，单芯片FSK／ASK超外差接无线收芯片，其工作频段为810～870 MHz和400～440 MHz，该芯片集成度高，只需要少量外围器件就可以完成应用，其引脚与英飞凌公司的ASK接收器TDA5200兼容。TDA5210芯片内置低噪声放大器(LNA)、双平衡混合器、压控振荡器(VCO)、锁相环(PLL)、晶振、限幅器、锁相环FSK解调器(PLLFSK dcmodulator)、数据滤波器(data filter)、数据限幅器(dataslic-er)、峰值检波器(peak detector)等电路，同时它还具有自动休眠功能，可以减少电池消耗，适用于对功耗要求比较高的场合。图1为TDA521 O内部框图。

2 原理图设计
接收模块原理图如图2所示。由C1，C2，L1，C3组成的滤波网络，对天线端的无线信号进行匹配，将带宽频率范围内的微弱信号送至LIN引脚；信号经过芯片内部的LNA(低噪声放大器)放大后，进入MI引脚与VCO产生的信号进行混频，将高频信号中的数据信号分离出来，然后经过一个10．7 MHz的陶瓷中频滤波器，再经过内部限幅器LIMITEB，最后信号被一个比较器分离，产生最终的数据电平信号。

3 PCB(印刷电路板)设计和器件选型
在一般的应用中，为了设计的方便，同时也为了减少系统对无线接收电路的干扰，接收模块都是以独立模块的形式出现，并且其物理尺寸一般比较小，这就要求在进行PCB布线的时候元器件的排布尽可能紧凑，各个元件之间的走线距离要尽可能短，以降低信号干扰。另外，天线对于模块的接收效果至关重要，因此在布线的时候，对于在PCB上的铜箔天线部分，其走线尽可能靠近PCB板边缘，并且要远离干扰源晶振和中频滤波器，这样可以改善模块的接收效果。接收模块PCB实物图如图3所示。

关键器件的参数选择对于无线信号的接收至关重要，因此选择合适参数的器件可以提高接收模块的接收效果，降低噪声。TDA521O是窄带RFIC，晶振的偏差和晶振负载电容的不一致都会影响接收灵敏度，建议采用规格为13．401 55 MHz，频率偏差为10 ppM，负载电容采用12 pF。中频滤波器对于接收效果也有很大影响，其主要参数有：中心频率，3 dBbandwidth等，中心频率需采用10．7 MHz；3 dB bandwidth应该选择(150±50 kHz)，如果带宽参数选小了，导致在中心频率正常范围内的信号无法通过，影响接收距离，如果带宽选择大了，将产生大量的无线噪声，极端情况下噪声甚至会淹没正常的信号。另外，天线后端的电容和电感的品质也很重要，建议选择品质比较高的器件品牌。

4 硬件调试
根据TDA5210内部结构，模块调试可以根据接收信号的走向，用示波器对信号走向中的各个关键点进行信号测量，以判断各个部分的器件电路是否工作正常，调整相应部分的器件参数提高信号的输出强度。可以依次测试Pin17(LIM)、Pin 20(SLIN)、Pin 25(DATA)，各个关键测量点，各个引脚的信号基本波形如图4。

调试过程中发现TDA521O输出解调数据信号的Data引脚，在空闲状态，会输出大量噪声，这些噪声信号非常不利于主控单片机的接收处理。经过分析，该噪声是由于主控板中MCU的晶振或者其他高频元件产生的干扰，这些干扰通过电源和地线串扰至接收板上，因此为解决这个问题可以在接收板的电源和地端各串一个阻值为500 Ω的磁珠，用来抑制高频串扰。图5为加磁珠后信号输出情况。