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          RF4CE射頻遙控器的軟硬件設(shè)計(jì)

          作者: 時間:2010-08-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            無線通信產(chǎn)品一直朝著低成本、低消耗功率、小體積等趨勢向前發(fā)展。短距離設(shè)備(Short-Range Devices )更在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(圖1)概念的推動下,帶動了市場對芯片(RF IC)需求量的大增。收發(fā)器(TRX)要實(shí)現(xiàn)低功耗,低電壓工作是必要條件。然而,電路效能與工作電壓有關(guān),如何兼顧效能與低功耗是一個很大的挑戰(zhàn)。近年來,RF IC制作技術(shù)日新月異。高速、低功率元件更是眾所矚目之焦點(diǎn)。目前0.13um RF CMOS工藝的晶體管,其fT值可達(dá)到60GHz,這表明CMOS晶體管有足夠的能力來處理高頻信號。因此,業(yè)內(nèi)的主流公司幾乎都采用RF CMOS 技術(shù),致力于低功率 RF IC的優(yōu)化與研究。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/157158.htm

            


            本文將以笙科電子的2.4GHz IEEE 802.15.4收發(fā)器(適用于Zigbee標(biāo)準(zhǔn),則是基于Zigbee的應(yīng)用規(guī)范)為例,介紹超低功率CMOS無線射頻芯片的概要,從電路到系統(tǒng)觀點(diǎn),說明芯片設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中需要考慮的地方。該芯片的設(shè)計(jì)考慮必須涵蓋通訊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、電路的行為模式。在接收部分,介紹了2.4GHz射頻信號從天線接收后,進(jìn)入LNA放大信號,經(jīng)由混頻器、濾波器、限幅器、接收端信號強(qiáng)度指示器(RSSI),最后到達(dá)數(shù)字解調(diào)器,然后把接收數(shù)據(jù)存入RX-FIFO。另一方面,TX-FIFO內(nèi)的數(shù)字信息經(jīng)過VCO與雙點(diǎn)差異積分調(diào)制器調(diào)制,把調(diào)制后的射頻信號通過功率放大器(PA)放大,最后經(jīng)由天線輻射出去。本文也會從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā),討論天線與PCB硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)以及軟件控制,以幫助讀者理解如何通過A7153實(shí)現(xiàn)低功耗的Zigbee或射頻網(wǎng)絡(luò)。

            Zigbee調(diào)制方式與PA設(shè)計(jì)考慮

            2.4GHz Zigbee標(biāo)準(zhǔn)定義250kbps展頻(DSSS)數(shù)據(jù)傳輸速率,并采用偏移四相移鍵調(diào)制加半正弦脈波整型調(diào)制方式,其等效于最小頻移鍵調(diào)制(MSK)。相對于相移鍵調(diào)制(PSK)或正交分頻多任務(wù)(OFDM),MSK是一種恒包絡(luò)的調(diào)制方式,因此可以選用線性度不高但效率較高的PA以降低TX功耗。

            TX發(fā)射器設(shè)計(jì)考慮

            數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中,IQ調(diào)制是一種常見的架構(gòu)。該架構(gòu)將被調(diào)制的信號分成IQ成分,經(jīng)由半正弦脈波整型及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)成模擬IQ信號,再通過四相混頻器升頻至RF信號。由于IQ信號使用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn),所以有較準(zhǔn)確的調(diào)制指數(shù),其缺點(diǎn)是需要較多的電路。

            另一方面,由于2.4GHz Zigbee調(diào)制等效于MSK,而MSK可視為頻移鍵調(diào)制(FSK)的一種,所以可以利用壓控振蕩器(VCO)來實(shí)現(xiàn)頻移。由于不需要混頻器等電路,所以得以降低電路復(fù)雜度及功耗。VCO調(diào)制設(shè)計(jì)有兩種,一種為開回路,另一種為閉回路。開回路調(diào)制直接利用數(shù)據(jù)控制VCO頻率,而未使用鎖相環(huán)(PLL)或?qū)LL斷開。這樣雖可擁有較低功耗,但因頻率未被鎖住,會有惱人的頻漂問題。

            相對而言,閉回路系統(tǒng)通常采用delta-sigma調(diào)制,其方法是改變PLL除頻器的除數(shù),進(jìn)而改變鎖相頻率。這種方法的VCO頻率是牢牢被鎖住的,可以解決頻漂的問題,但由于受到回路頻寬的限制,它通常適用于低數(shù)據(jù)率的系統(tǒng)。若要利用閉回路架構(gòu)達(dá)到高數(shù)據(jù)率,可以采用雙點(diǎn)差異積分調(diào)制器,即在差異積分調(diào)制上加入VCO調(diào)制。數(shù)據(jù)經(jīng)由差異積分調(diào)制的路徑上有低通的效果,即高頻數(shù)據(jù)會被濾掉。相對地,在VCO調(diào)制的路徑上有高通的效果。兩者互補(bǔ)的結(jié)果,就可完整地調(diào)制數(shù)據(jù)。

            值得注意的是,VCO的電壓對頻率轉(zhuǎn)換曲線,會因半導(dǎo)體工藝而有變異,因此需要額外的校正電路來校正頻移量。若設(shè)計(jì)的VCO有較線性的電壓對頻率轉(zhuǎn)換曲線,則可大大降低校正電路的復(fù)雜度。

            RX接收器設(shè)計(jì)考慮

            零中頻及低中頻是易于實(shí)現(xiàn)集成型接收器的兩種架構(gòu)。零中頻接收器是將RF信號降頻至基頻,然后用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號,再用數(shù)字信號處理器(DSP)將數(shù)據(jù)解調(diào)出來。由于中頻頻率為零,因此信道選擇只需要用低Q值的低通濾波器(其消耗電流也相對較小)。但零中頻接收器也有一些缺點(diǎn),例如直流偏移及閃爍噪聲。為解決這些問題,必須增加額外電路,并功耗。

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