【無線射頻芯片】-Semtech射頻集成電路應用

1/1Semtech射頻集成電路應用1.引言射頻遙控由于具有距離遠、無障礙、低功耗、支持更為簡單的協(xié)議等優(yōu)點，將會逐步取代傳統(tǒng)的紅外遙控方式。

2.從紅外遙控到射頻遙控

紅外遙控(IRRemote)有超過二十五年的歷史了，它簡潔且很簡單設計，始終以來是掌握電子設備尤其是家用電器的一種經濟有效的方法。

紅外遙控的原理是用電信號掌握或稱為調制紅外發(fā)光二極管(IRLED)產生肉眼不行見的紅外光，由一個塑料透鏡將紅外光聚焦成很窄的光束放射出去。在接收電路中的紅外接收器件則是一個光敏二極管，把接收到的紅外線轉換成電流，然后由接收器中的單片機對它解碼。

紅外遙控有許多缺點。首先，紅外線有很強的方向性，不能穿透墻壁、家具、人體等障礙物，也就是說，在遙控器和設備之間不能有上述的這些障礙物的阻擋;其次，紅外線只適于單向的通訊，雙向通訊很難實施且成本很高。用戶在使用紅外遙控時，都會遇到過以下的問題：

-遙控距離不能過遠

-遙控角度有限制，遙控器偏離接收器角度過大就無法遙控。而現(xiàn)代家庭里越來越多的遙控家電，它們分散布置在房中，用戶要遙控時需要先想一想該設備在哪里

-紅外沒有穿透性，假如家電在關著門的柜子里或被別的物體遮擋，將無法遙控

現(xiàn)在有了新一代的射頻遙控(RFRemote)，它使用數(shù)百兆赫茲的無線電波取代紅外光作為遙控信息的載體，由于它具有無方向性，可以穿透或繞過障礙物，傳輸距離遠，抗干擾力量強等優(yōu)點，上述使用紅外遙控存在的種種限制便蕩然無存。例如家電的擺設將不再受遙控角度的制約，而完全由用戶的喜好打算，現(xiàn)在看來機頂盒可以不放在機頂上了。

射頻技術的遙控距離也遠大于一般的紅外遙控距離(數(shù)米到十米)。在同樣的操控條件下，射頻遙控的距離可以輕松達到數(shù)十米。依據(jù)不同應用需求，可以通過加大射頻輸出功率來進一步延長遙控距離。

與紅外遙控相比，射頻遙控還有一個非常明顯的低功耗優(yōu)勢。紅外遙控器一般使用兩節(jié)五號或七號電池，通常每年要更換一次電池。而射頻遙控器則可以做到四年更換一次電池。由于功耗低，射頻遙控器甚至可以用紐扣電池供電，有利于產品小型化，外觀更時尚。

使用射頻，也可以輕易地實現(xiàn)單向或雙向遙控功能。更重要的是，半導體廠商供應成熟的射頻收發(fā)器集成電路，并供應詳盡的參考設計，用戶無需涉及射頻方面的專業(yè)學問，就可以設計自己的射頻遙控器。

在消費電子產品領域，射頻遙控器會被作為一個很酷很時尚的賣點很快被消費者接受?；蛟S若干年后，當你對孩子們說你小時候的電視機遙控器要對著電視機才能遙控時，他們會覺得很驚異。

3.射頻遙控的市場狀況

隨著低能耗射頻芯片逐步進入市場，依據(jù)市場調研公司ABIResearch最近的討論報告，從現(xiàn)在到2023年，估計射頻遙程控器市場的年增長率將達到55%，射頻遙控最終可能在五年內淘汰有幾十年歷史的紅外遙控。

4.Semtech射頻芯片產品

SemtechCorporation是總部位于美國的全球性模擬與混合信號半導體器件供應商，產品廣泛應用電源管理、愛護、高級通信、人機界面、測試和檢測、無線和傳感等商業(yè)和工業(yè)領域。

Semtech于2023年收購了瑞士的XEMICS。XEMICS始終致力于討論和生產低電壓、低功耗芯片，在射頻領域有超過20年的閱歷，供應各種無線短距離傳輸、微掌握器、傳感器、音頻芯片的解決方案。

Semtech的射頻芯片包括單發(fā)、單收和收發(fā)3個系列，為個人區(qū)域網(wǎng)絡和家庭及建筑物自動化網(wǎng)絡供應集成的、小范圍的無線連接解決方案。通過小范圍的無線連接，實現(xiàn)包括家庭自動化、遠程測量和掌握、無線耳機等應用。

5.SX1230發(fā)送器

SX1230是Semtech的集成ISM頻段(315,434,868和915MHz)窄帶/寬帶發(fā)送器，可供應兩種工作模式：獨立模式和單片機掌握模式。該發(fā)送器采納Semtech的TrueRF技術設計，將全部無線電元件集成于一個CMOS芯片上，最大程度削減了其他無源元件的使用。SX1230具有雙功率放大器，射頻輸出功率從-18dBm到17dBm可編程,比特速率高達600kbps。支持FSK,GFSK,MSK,GMSK和OOK調制方式。在整個工作電壓1.8到3.7V范圍內均可供應穩(wěn)定的射頻性能。

SX1230在免許可證的315、434、868和915MHzISM頻段下工作，采納MLPQ-24(4x4)封裝，具有自動化PLL校準功能并完全集成了VCO和環(huán)路濾波器。

SX1230可用在RKE，遙控和平安系統(tǒng)，語音和數(shù)據(jù)RF通信鏈接，過程以及建筑物/家庭掌握、RFID和自動抄表等。

圖1：SX1230簡化框圖

5.1.獨立模式

當E2_MODE引腳接高電平常，SX1230工作于獨立模式(StandAloneMode)。芯片配置參數(shù)以及每個按鍵的RF數(shù)據(jù)包格式都事先定義在一片外置的EEPROM中，SX1230作為SPI主機將這些配置讀入。

圖2：獨立模式應用電路圖

PB(3:0)是按鍵接口，假如使用二極管編碼電路，最多可以支持15個按鍵。平常SX1230處于睡眠狀態(tài)，按鍵動作將喚醒芯片并進行去抖，然后發(fā)送該按鍵對應的RF數(shù)據(jù)包，完成后再回到睡眠狀態(tài)。

獨立模式適用于低成本、按鍵數(shù)目不多、RF數(shù)據(jù)包格式相對簡潔的遙控器方案。

5.2.單片機掌握模式

當E2_MODE引腳接高電平常，SX1230工作于單片機掌握模式(MCUMode)。SX1230作為SPI從機受外部單片機的掌握，依據(jù)應用的不同，SX1230最少只需3線連接至單片機即可工作。

圖3：MCU模式應用電路圖

SX1230和單片機的接口分為SPI和RF兩部分，單片機通過SPI接口對SX1230進行參數(shù)配置;通過RF接口發(fā)送數(shù)據(jù)包。其它工作包括按鍵、顯示、建立數(shù)據(jù)包等均由單片機完成。

單片機掌握模式適用于按鍵數(shù)目較多、RF協(xié)議或數(shù)據(jù)包格式較簡單的遙控器方案。

6.SX1210/13接收器

SX1210/13是Semtech的集成UHF頻段接收器。SX1210用于868MHz、915MHz頻段，而SX1213用于433MHz頻段，其它各參數(shù)完全相同且管腳兼容。SX120/13的接收電流不到3mA，為業(yè)界最低，與競爭對手相比，接收電流要低6倍。設計應用于無線報警器、平安，家庭自動化中的傳感器網(wǎng)絡，以及自動化抄表領域。

該器件支持FSK數(shù)據(jù)速率為1.56~200kbps，OOK數(shù)據(jù)速率高達32kbps。25kbps時FSK調制的接收器靈敏度為-107dBm;2kbps時OOK接收器靈敏度為-113dBm。此外，該芯片符合歐洲(ETSIEN300-220V2.1.1)和南美(FCCPart15.247和15.249)規(guī)范標準。全部主要的RF通信參數(shù)是可編程的，其中大部分可以動態(tài)設置。

器件采納TQFN-32(5x5)封裝，還具有接收同步字識別、曼切斯特解碼和數(shù)據(jù)去白化、CRC校驗，以及用于接收數(shù)據(jù)、時鐘同步和恢復的內置位同步器。

圖4：SX1210/13簡化框圖

7.應用實例

7.1.獨立模式遙控器

對于一些按鍵較少的家電遙控器，SX1230的單獨模式供應了一個很好的解決方案。通過二極管編碼電路，最多可以實現(xiàn)15個按鍵;假如要求的按鍵少于4個，還可以直接使用SX1230供應的4個按鍵接口引腳。

圖5：15鍵獨立模式遙控器電路圖

7.2.單片機掌握模式遙控器

當遙控器的應用要求多于15個按鍵或RF協(xié)議、數(shù)據(jù)包比較簡單時，可以使用SX1230的單片機模式實現(xiàn)。下圖顯示了一個電路板尺寸是4x22cm的42鍵遙控器樣機照片，這個遙控器同時兼容紅外方式。