[发明专利]一种433M数字调频接收机

摘要

本发明涉及数字调频接收机领域，具体涉及一种433M数字调频接收机。包括：输入端低噪声放大器和433M滤波器部分；392.3M本振源信号电路部分；混频器和中频滤波器部分；解调二次降频电路部分；单片机微处理部分；整个电路图的电源控制和地部分。本发明提供的433M数字调频接收机装置设计巧妙、布局合理，功耗低、灵敏度高、动态范围大，采用2FSK的调制解调模式，能够很好地与433M数字调频发射机进行实时通信。本发明在433M数字调频接收机领域以及超短波通信领域都具有很高的科研研究价值，同时也具有一定的工程应用价值。

主权项

一种433M数字调频接收机，包括：输入端低噪声放大器和433M滤波器部分；392.3M本振源信号电路部分；混频器和中频滤波器部分；解调二次降频电路部分；单片机微处理部分；整个电路图的电源控制和地部分，其特征在于：信号由输入端低噪声放大器和433M滤波器部分进入；392.3M本振源信号电路部分给混频器和中频滤波器部分提供本振信号，392.3MHz；信号从输入端低噪声放大器和433M滤波器部分出来之后在混频器和中频滤波器部分内完成第一次降频，由433M降为40.7M；再进入解调二次降频电路部分进行第二次降频由40.7M变为10.7M，随后进行解调；单片机微处理部分控制392.3M本振源信号电路部分以及解调二次降频电路部分；整个电路图的电源控制和地部分为模块392.3M本振源信号电路部分；；解调二次降频电路部分；单片机微处理部分提供数字和模拟电源以及地信号；输入端低噪声放大器和433M滤波器部分：使用低噪放大器MAX2650；信号由模块1的高频头P1进入，由433M声表面滤波器芯片U4的端口5出去进入模块3的RF2418DS芯片的1管脚；P1是高频头，高频头接到天线之后，包含433M载波在内的所有频段的波，由P1进入芯片U3低噪声放大器MAX2650进行功率放大，放大之后由端口3输出下一级，端口4连接的是+5V供电电源，端口2接地；低噪声放大器MAX2650的供电电压是+5V，0.1uf的电容C10和有极性10uf的电容C11以及磁珠L4对电源进行滤波，MAX2650的输入输出接口处的阻塞电容值是：$C_{BLOCK}=\frac{53000}{F}\left(pF\right)$其中，频率F的单位为MHz，接收机的载波频率为433MHz，MAX2650输入输出端的电容值为122pF；其两端必须加0.1uf的电容C101和电容C102，对直流信号进行滤波，U4是433MHz声表面滤波器，由2管脚进入，从5管脚输出到模块3的RF2418DS芯片的管脚1；392.3M本振源信号电路部分：ADF4360‑8芯片的4、5管脚连接到混频器和中频滤波器部分的RF2418DS芯片的8管脚；MSP430F149单片机芯片构成的最小系统对ADF4360‑8芯片进行控制，产生392.3M的本振频率；ADF4360‑8芯片里面的压控振荡器输出频率为：f_VCO＝[(P×B)+A]×f_REFIN/R其中f_VCO为压控振荡器输出频率，P为预分频系数，f_REFIN为参考频率；F_cco＝B×Frefin/RF_cco是锁相环输出的频率，F_cco＝392.3M，B是13位的二进制寄存器，其取值范围是3～8191，Frefin是ADF4360‑8芯片16管脚REF_in输入的有源晶振的频率，R是14位的二进制寄存器，Frefin选用50M，R＝500，B＝3923；ADF4360‑8芯片16管脚REF_in所接的是50M有源晶振U12；1管脚的CPGND、3管脚的AGND、8管脚的AGND、11管脚的AGND、12管脚C_c、15管脚的DGND、22管脚的AGND都接模拟地即GND；取+3.3V作为锁相环ADF4360‑8芯片的供电电压，2管脚Avdd、6管脚的Vvco、21管脚的Dvdd、23管脚的CE都接+3.3V的电源，每一个电源都需连接和模块1中一样的滤波电路；芯片U13是+3.3V的稳压片AMS1117‑3.3，U13为锁相环ADF4360‑8芯片提供+3.3.V的电压，3管脚输入，2管脚输出，输入是+5V电源，输出就是+3.3V；9管脚L₁、10管脚L₂都分别接一个电阻R32、R33和一个电感L29、L30，其中电阻R32、R33都是470Ω；电感值：$F_o=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{9.3pF(0.9nH+Lext)}}$式中，F_o是392.3M，Lext即为所需要的电感值，Lext＝16.8nH；17管脚CLK、18管脚DATA、19管脚LE连接到MSP430F149单片机芯片上，连接到IO口5.3、5.1、5.4，电阻R22、R24、R2都为0Ω，20管脚MUXOUT和LED灯D3相连，24管脚CP接一个低通滤波器，16管脚REF_in接50M的有源晶振，连接有源晶振的电源需连接滤波电路，有源晶振管脚3和锁相环ADF4360‑8芯片管脚16引出来的50Ω电阻匹配电路直接相连由1nF的电容C73、C75和51Ω的电阻R26组成；0Ω的电阻R27、R28、高频头P12外接到频谱仪，用于测试锁相环ADF4360‑8芯片产生的频率是否是392.3MHz，锁相环ADF4360‑8芯片产生的本振频率从4管脚RfoutA输出到混频器8管脚LO IN，模块3中的RF2418DS芯片8管脚连接的4pF的电容C44和10nH的电感L18完成锁相环ADF4360‑8芯片和混频芯片RF2418DS之间的50Ω的电阻匹配；混频器和中频滤波器部分：U5芯片是RF2418混频器芯片；RF2418DS芯片的管脚1接输入端低噪声放大器和433M滤波器部分的U4芯片的端口5，RF2418DS芯片的管脚8接392.3M本振源信号电路部分的ADF4360‑8芯片的4、5管脚连接的RfoutA，U2芯片MAX2650的RF In管脚连接解调二次降频电路部分的U1芯片的1管脚；RF2418芯片的管脚1连接的5.11K的电阻R8和10nH的电感L12；3管脚VDD1连接+5V直流电源，4管脚VDD2不用连接，磁珠L13、10uF电容C34、47pF电容C32、0.1uF电容C35组成滤波电路，对+5V直流电源进行滤波；经过输入端低噪声放大器和433M滤波器部分出来之后的信号，由管脚1LNA IN进入混频器RF2418芯片，由14管脚LNA OUT进入11管脚RF IN，混频之后的信号由6管脚IF2OUT输入到本模块的中频滤波器电路部分IN处，392.3M本振源信号电路部分锁相环产生的392.3MHz的本振信号由8管脚输入到U5混频器RF2418DS芯片，4pF的电容C44和10nH电感L18完成ADF4360‑8芯片和RF2418DS芯片之间的50Ω的电阻匹配，7管脚处电路默认连接，6管脚的0.1uF电容C40和1.5K电阻R13完成RF2418DS芯片和此模块的中频滤波器之间的50Ω的电阻匹配；中频滤波器部分由33pF的电容C18、220nH的电感L6、110pF的电容C19、220nH的电感L7、33pF的电容C20组成，信号从IN口进入，从INI口出去，IN口接的是混频芯片RF2418DS的管脚6 IF2 OUT，从6管脚的IN处出来，有两路信号，一个频率是40.7M，另一个是825.3M，低通滤波器滤除825.3M信号保留40.7M的信号；信号从INI口出来后进入下一个低噪声放大器U2，U2的管脚3连接解调二次降频电路部分的SA639芯片的管脚1，U2的管脚4连接+5V电源，电源连接滤波电路，MAX2650的输入管脚1和输出管脚3都连接0.1uf的隔直滤波电容C103和C104；解调二次降频电路部分：选用U1芯片SA639完成二次降频，由40.7M变为10.7M和解调；40.7M的中频信号由模块3的U2芯片的RF In管脚进入到解调二次降频电路部分的U1芯片的1管脚；760nH的电感L3、3pF的电容C6和16pF的电容C9完成混频器和中频滤波器部分的MAX2650低噪声放大器50Ω输出电阻和SA639解调芯片800Ω输入电阻之间的电阻匹配；0.1μf的C8和1nF的C1对40.7M信号进行隔直滤波；SA639解调芯片的1、4、24管脚构成的是一个混频器，2管脚接地，3管脚不接，4管脚接30M的有源晶振U6，和1管脚输入的40.7M信号一起完成混频；经过SA639解调芯片内部滤波之后的10.7M信号由24管脚MIXER OUT输出，经过第一个10.7M的陶瓷滤波器PLT1进行滤波，第一次滤波后接到22管脚IF AMP IN，信号经过SA639解调芯片内部又来到20管脚IF AMP OUT，然后再经过一个10.7M的陶瓷滤波器PLT2进行滤波，这一次滤波后接到18管脚LIMITER；23、21、16、17、19管脚接地GND；5管脚VCC接+5V电源；6、7、8管脚默认连接；经过两次滤波之后的10.7M的信号由15管脚出来，连接一个相移90度网络，使进入之前的10.7M信号相移90度，此相移90度网络是由4.7uH的L11、1.3K的R7、15pF的C28、11pF的C27组成，经过相移90度的10.7M信号由14管脚进入SA639解调芯片；由18管脚进入的未经过相移90度的10.7M信号和由14管脚进入的经过相移90度的10.7M信号进入SA639内部的乘法器进行相乘，经过乘法器之后将产生两个分量，一个低频分量一个高频分量，低频分量就是码元信号；芯片内部9管脚10管脚的连接的都是一个运算放大器，9管脚的运算放大器完成射随功能，10管脚的运算放大器正好和外部的5.6K电阻R4、5.6K电阻R5、22pF电容C24、33pF电容C26连接构成两阶有源的低通滤波器，只保留码元速率的低频分量；SA639解调芯片的12管脚接+2.5V电源，由两个都为22K的电阻R9、R10对+5V电源平均分压得到，13管脚所接的510Ω电阻R6、10nF电容C25也构成低通滤波器，再次对码元速率的低频分量进行滤波；由13管脚出来的是正的低频分量，而由11管脚出来的是负的低频分量，两路差分信号一起输入到LM311比较器芯片U7，从LM311比较器芯片7管脚输出的就是码元方波信息；LM311比较器芯片的7管脚连接到MSP430f149芯片U11的IO口P5.5上，对信息进行报头检测、帧提取和示波器显示码元方波信息波形；比较器芯片U7的1、4管脚接地，5、6管脚不接，7、8管脚连接+5V电源，+5V电源连接滤波电路；单片机微处理部分：ADF4360‑8芯片的17管脚CLK、18管脚DATA、19管脚LE连接到单片机微处理部分MSP430F149单片机芯片的IO口5.3、5.1、5.4，模块4的LM311比较器芯片的7管脚连接到MSP430f149芯片U11的IO口P5.5；P8是仿真器芯片，MSP430F149单片机芯片的最小系统选用外部的8M晶振XTCLK3，P5是备用的排针，P10接12864液晶的排针，U10和J2组成串口通信系统，U11是MSP430F149单片机芯片，LED液晶D4连接P1.0管脚，中断芯片REST1组成外部中断电路；MSP430F149单片机芯片的供电电压为+3.3V，U8是+3.3V的稳压片芯片，LED液晶D2连接+3.3V电源；锁相环ADF4360‑8芯片用模拟型的+3.3V稳压片芯片U13，MSP430F149单片机芯片用数字型的+3.3V稳压片芯片U8，稳压片U8有三个管脚，管脚1接地、管脚3是进入端接+5V电源、管脚2是输出端，输出+3.3V电源；整个电路图的电源控制和地部分：将MSP430F149单片机芯片最小系统所连接的所有数字地DGND和整个电路其余的所有模拟地GND连接在一起；为整个电路供电的+5V电源电路，10uF的电容C36、0.1uF的电容C38对整个电路的+5V电源进行隔直滤波，LED液晶D1连接外部+5V电源，J1和DC‑IN‑2是整个电路供电的+5V电源插座结构。