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无线电电子与电气工程百科全书 无线电调制解调器芯片。 无线电电子电气工程百科全书
在日常生活中，通过无线电信道进行短距离数据传输变得越来越普遍。 汽车防盗器、遥控各种物体的“无线钥匙”已经普及，电脑的“无线鼠标”、“无线键盘”等也越来越普及，电脑无线联网的时代已经到来。 本文将向读者介绍旨在解决此类问题的专用微电路。 直到最近，每个第一次看到正在运行的计算机系统单元“后”侧的人都会对其上连接的电线和电缆网感到惊讶，这些电线和电缆连接着相当多与计算机交互的设备。 USB总线的引入绕过了所有串联设备，简化了电缆网络，但并没有完全解决问题。 利用红外辐射在计算机与其外围设备之间进行通信的尝试并不是很成功，因为红外线源和接收器之间需要视线，并且可靠通信的实际范围不超过两米。 此外，竞争的硬件制造商尚未开发出单一的数据交换协议。 因此，计算机中存在 IrDA 适配器并不能保证能够与任何配备 IrDA 的设备进行通信。 最近，通过无线电信道在位于一个或相邻房间的计算机和与其交互的设备（打印机、扫描仪、调制解调器等）之间组织“近”连接的想法得到了越来越多的发展。 然而，尽管这种方法表面上简单明了，但实施起来却存在很多困难，以至于问题仍然不能被认为得到解决。 至少，一些开发者宣称的“我们为每台计算机和外围设备添加一个芯片——然后它就在袋子里”的目标还很遥远。 尽管如此，这一过程已经开始。 人们正在尝试开发用于“本地”计算机无线电通信的通用技术和协议。 其中最著名的是蓝牙、IEEE 802.11、UWB 和 Nome RF，它们相互竞争。 为了确定获胜者，将在不久的将来在实践中评估所提出的技术所宣称的优点和缺点。 与此同时，通过任何协议进行通信所需的节点（微波收发器（收发器）的微电路）的制造商都专注于其中一种协议，但也存在使用其他协议的可能性。 在本文中，我们将讨论其中一些微电路。 挪威公司 BlueChip Communications AS 生产BCC418和BCC918无线电收发器单片微芯片，其特点是微功耗、能够在较宽的温度范围（-40至+85°C）下工作，主要用于无线电中的数字数据交换400 和 900 MHz 频段的网络。 这些收发器的主要应用是工业、安全系统和医学中使用的远程传感器。 此外，它们还可用于环境监测系统、低速计算机无线电网络、远程条形码阅读器、双向寻呼等。 微电路的内部结构和参数相似，均采用四面引脚排列的 TQFP-44 塑料封装（尺寸 12x12 mm）生产，不同之处仅在于 BCC418 覆盖 300..600 MHz 范围，而 BCC918 - 700..1100 兆赫。 收发器微电路的工作频率和其他操作模式是使用通过串行二进制代码输入到特殊微电路寄存器中的80位命令来设置的。 为了确保使用这些微电路的灵活性，可以对发射器输出功率的八个级别（间隔 - 3 dB，最大级别 - 10 mW）、两个（对于 BCC418）或四个（对于 BCC918）增益值进行编程接收器输入级（允许您将灵敏度降低 25 ..33 dB），以及四个 LPF 带宽（10、30、60 或 200 kHz）。 这些收发器结构的其他特点包括在接收器中使用直接频率转换方法、具有外部 PLL 环路的双通道频率合成器，可提供非常密集的频率网格（数百赫兹）、 LockDet 捕获检测器和接收到的 RSSI 信号的电平，以及接收器的内置可调七极椭圆回转低通滤波器。 为了传输信息，使用带有偏差的载波频移键控（FSK），该偏差根据所需的数据接收/传输速率进行选择。 BCC 收发器芯片支持的最大波特率为 128 kBaud。 对于 9,6 kBaud 及以下的速度，建议偏差为 ±25 kHz。 接收器灵敏度为 -105 dBm 并配备全向天线，可保证开放空间中的通信范围可达 700 m。额定电源电压 - 3 V。发射模式下的电流消耗 - 不超过 50 mA，接收模式下 - 8 mA ，在待机模式下 - 小于 2 uA。 发送器主振荡器和接收器本地振荡器是一个频率合成器，由一个压控振荡器（VCO）、两个可编程分频器和一个 PLL 组成。 为了稳定合成器的频率，建议使用频率为10 MHz的高质量石英谐振器。 根据所需的数据传输速率，BCC 收发器微电路提供了使用四种方法之一来操纵发射器频率的可能性 - 通过更改合成器计数器之一的分频系数、在两个编程分频器之间切换、调制（拉动）参考石英谐振器或直接 VCO 调制的频率。 接收部分采用直接变频方案，包含数字检频器。 通过比较同相 I 通道和正交 Q 通道中接收信号的相位来执行解调。 如果在通道 I 中滞后于 Q，则信号频率高于本振频率，如果超前，则低于本振频率。 通常，接收数据的此类方案中固有的所谓“抖动”（前抖动）在接收数字数据时不会产生任何问题，但是，在到达时刻的情况下必须考虑其值信号前沿很重要。 抖动随着频偏ΔF的增大而减小，但其最大值不超过1/(4ΔF)。 PLL 将本地振荡器调谐到信号的中心频率，因此传输的代码序列必须包含相同数量的逻辑 4 和 XNUMX，以避免毛刺。 在选择对传输数据进行编码的方法时，必须考虑数字通信系统中常见的这一要求。 为此，BlueChip Communications 建议使用曼彻斯特或 XNUMXBXNUMXB 块代码。 为了控制 VSS 收发器中 PLL 的操作，可以使用专门提供的 LockDet 输出 - 捕获检测器。 RSSI 输出处的恒定电压与接收器输入处的信号功率的对数成正比，并且这种依赖性在约 70 dB 的动态范围内保持不变。 BCC418芯片的典型开关电路如图1所示。 1. Varicap D1 及其环境 - VCO 和 PLL 元件。 如前所述，石英谐振器 ZQ1 设置示例频率。 电路右侧的电感和大部分电容都包含在微波电路中，用于将收发器的输入和输出与WA15天线进行匹配。 R3D3L2DXNUMX电路用于将天线切换到收发器芯片的接收器输入或发射器输出。
微波模块 RFB418、RFB918 和 RFB433 是在 BCC868 和 BCC915 微电路的基础上生产的，按照与上述方案类似的方案构建（图 1）。 它们的尺寸约为 25x25x3 mm，并具有适合表面安装的端子。 这些模块分别针对 19,2 kBaud 的传输速率和 ISM 频段 433,4 ... 434,4 MHz、868,8 ... 869 MHz 和 903 ... 927 MHz 的操作进行了优化（由制造商配置），同时它们可以工作频率范围更宽。 匹配的天线（馈线阻抗为 50...100 欧姆）可以直接连接到模块，无需额外的微波元件。 缩写 ISM 用于指定用于工业（工业）、科学（科学）和医疗（医疗）目的设备辐射操作的范围。 在欧洲和美国，在这些频段上运行不需要许可证。 BlueChip Communications 为硬件开发人员提供调试板（评估套件，一套 2 件），其中包含微波模块、印刷天线和 PIC16LC63A 微控制器。 使用板附带的软件，可以在距离最远 300 m 的两台远程计算机之间组织双向数据传输，并传输到外部匹配天线。 无线电调制解调器配置为 433 kBaud 的数据速率，并使用 232...6 MHz 范围内的十个工作频率，以 9 ms 的速率自动扫描。 其他公司也生产 ISM 收发器。 例如，德州仪器制造采用 PQFP-6900 封装的 TRF6901 和 TRF48 芯片。 第一个覆盖频段 850...950 MHz，第二个覆盖频段 860...930 MHz。 发射器功率 - 3 mW，接收器噪声系数 - 3,3 dB。 外部数字收发器接口面向同一公司的MSP430微控制器。 以存储芯片和微控制器闻名的美国公司Atmel公司并没有袖手旁观。 。 加入蓝牙协会（顺便说一下，这个名字来自 76 世纪统治丹麦和挪威的哈拉尔国王的昵称）后，她开发了许多支持该协议的微电路。 其中最复杂的是AT511C176协议控制器。 可以这么说，它采用 32 引脚封装，包含 7 位 ARM256TDMI RISC 计算核心，并且要执行蓝牙提供的所有功能，需要 XNUMX KB 的外部 RAM 和相同数量的 FLASH 或其他非易失性存储器。 为了与计算机通信，AT76C511芯片配备了三种不同的接口：USB、PCMCIA和UART 16550仿真器，未来计划推出简化版本，每种版本只有一个接口。 控制器通过“命令”微波模块（同一公司的T2901微电路）来组织无线电通信。 通信在 79...2400 MHz 范围内的 2500 个固定频率上进行。 根据蓝牙协议，工作频率每625μs突然变化，变化规律对于已建立连接的用户来说是已知的，而对其他人来说是不可预测的。 因此，在同一频带中同时操作的两个或多个通信信道不会互相干扰。 协议提供的多级纠错数据编码和纠错系统可以快速消除因发射机频率随机短期重合而引起的罕见故障。 确实，1 Mbps 的“净”数据交换率因此降低了大约 20%。 T2901芯片的典型开关电路如图2所示。 在图 4,7 中，未显示连接到所有电源和控制引脚的众多 1 pF 旁路电容器。 参考频率信号施加到引脚 1 (CLK)。 可以通过编程方式选择四个可能值之一。 发射器功率 - 160 mW。 信息通过载波频移键控传输，标称偏差为 ±1 kHz。 可以使用内置高斯低通滤波器对调制信号进行预滤波。 该滤波器由开关 SWXNUMX 打开和关闭。
本例中的接收器是中频为 111 MHz 的传统超外差接收器。 其噪声系数为12 dB。 选择性由 SAW 滤波器 F1、带有线圈 L2 和 L3 的振荡电路（IF 和鉴频器的元件）提供。 晶体管 Q1 是内部稳压器的一部分。 微电路消耗的电流几乎与接收/发送模式无关，约为60毫安，只有在待机模式下才降至数十微安。 T2901 微电路器件的一个有趣功能是发射器信号以双频 (4800 ... 5000 MHz) 生成，该信号在发送到输出之前除以二。 接收器的解调器也以中频的一半（55,5 MHz）运行。 为了提高 T2901 收发器的输出功率和灵敏度，Atmel 提供了用于微波功率放大器 (T7023) 和结合低噪声输入的类似放大器 (T7024) 的附加微电路。 它们的特点是存在用于调节输出功率的特殊输入，这使您可以顺利地打开和关闭发射器，设置足以维持通信的发射信号的最小功率水平。 这些措施最大限度地减少了同一范围内运行的其他通信信道产生的干扰。 两个微电路的输出功率均为200 mW，T7024微电路的噪声系数不超过2,3 dB。 作者：A. Dolgiy，莫斯科
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