RF4CE射頻遙控器的軟硬件設(shè)計(jì)

　　低中頻接收器則是將RF信號(hào)降至適當(dāng)?shù)闹蓄l，以緩解上述直流偏移及閃爍噪聲等問(wèn)題。但是低中頻接收器存在映像干擾的問(wèn)題，因此低中頻接收器需要映像抑制濾波器，此外信道選擇濾波器必須采用帶通濾波器(BPF)，這使得濾波器所需的Q值較高，也比較耗電。

　　與ODFM或PSK相比，F(xiàn)SK(或MSK)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單的解調(diào)器。簡(jiǎn)單的解調(diào)器也代表了較低功耗設(shè)計(jì)。FSK調(diào)制可用非同調(diào)解調(diào)。非同調(diào)解調(diào)器不需解調(diào)載波、不需要模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，也不需ADC之前的線性放大器或自動(dòng)增益放大器(AGC)，從而可大幅降低電路復(fù)雜度及功耗。但非同調(diào)解調(diào)的靈敏度比同調(diào)解調(diào)略差1.5dB，所以解調(diào)器的選擇需依芯片接收靈敏度設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)取舍。

　　2.4GHz IEEE 802.15.4無(wú)線收發(fā)器實(shí)例

　　從上述綜合考慮，以笙科電子的A7153為例討論無(wú)線收發(fā)器設(shè)計(jì)實(shí)例。A7153提供了250kbps的展頻數(shù)據(jù)傳輸速率、范圍為-20至5dBm的可編程RF輸出功率，以及超高接收靈敏度(-95dBm@PER1%)。硬件MAC提供128位AES加密和認(rèn)證，以及SPI接口。這些接口使得對(duì)連接各種MCU變得非常方便。

　　A7153集成了RF IC所需的模擬電路，如VCO(良好的VCO曲線線性度提供雙點(diǎn)差異積分調(diào)制器在高低溫工作條件下的穩(wěn)定性)、閉回路系統(tǒng)PLL、PA及匹配電路、RF開關(guān)、LNA及匹配電路)、Gilbert-cell混頻器、映像抑制濾波器以及限幅器(limiter)。A7153的混頻器與LNA設(shè)計(jì)成增益可調(diào)，用來(lái)提升整體接收器線性度表現(xiàn)。評(píng)斷混頻器設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)為IIP3，IIP3數(shù)值越大，代表第三階交互調(diào)制信號(hào)會(huì)干擾到欲接收信號(hào)的程度越低，也就是線性度較好。不幸的是，在射頻電路設(shè)計(jì)中，增益與線性度經(jīng)常要互做取舍。

　　在天線接口部分， A7153內(nèi)建的PA及LNA的腳位型態(tài)(pin configuration)上采用單端輸出入合并設(shè)計(jì)，可省去外部昂貴的平衡非平衡適配器(balun)。為達(dá)到更長(zhǎng)的傳輸距離，笙科電子也提供CMOS工藝的集成型高功率PA(A7700，含LNA)。A7153整體電路均采用低電壓設(shè)計(jì)、低電流驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)低消耗功率的目標(biāo)。

　　A7153集成了晶體振蕩器的負(fù)載電容及PLL濾波組件，大幅減少了外部被動(dòng)元件。基頻部分集成了許多功能，包含TX-FIFO與RX-FIFO、自動(dòng)序碼(preamble)添加、同步碼及CRC檢查碼、展頻碼。此外，A7153內(nèi)建的AES-128 硬件加速器，提供很容易實(shí)現(xiàn)符合Zigbee (IEEE 802.15.4)安全標(biāo)準(zhǔn)的CCM*模塊，并支持載波偵測(cè)多重存取/碰撞避免(CSMA/CA)機(jī)制溝通方式，具有自動(dòng)應(yīng)答(Auto ACK)功能、信道能量偵測(cè)(ED)及連結(jié)質(zhì)量指示(LQI)，大幅降低了MCU的負(fù)擔(dān)及功耗。

　　Zigbee硬件設(shè)計(jì)原則

　　設(shè)計(jì)Zigbee射頻模塊需要用到許多微波電路知識(shí)，比如將PCB Trace等效為天線、傳輸線、阻抗匹配、信號(hào)反射、絕緣層材料選擇、駐波處理、地面(Ground Plane)完整性等。這些因素均會(huì)影響RF模塊性能表現(xiàn)及EMC。

　　RF PCB設(shè)計(jì)最基本的要求是把電源處理、地面完整性、RF走線、敏感電路和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分區(qū)處理。因此，元器件布局是RF設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，最先處理的是RF路徑及Xtal路徑上的元器件布局。比如，兩個(gè)電感布局不要平行靠在一起，因?yàn)檫@將形成互感，造成信號(hào)干擾，而是最好將兩個(gè)電感放成直角排列，讓互感減到最小。其次是提供RF IC最需要的干凈電源。電源一定要濾波，電源去耦元件要盡可能靠近IC引腳并接地，并同時(shí)考慮PA啟動(dòng)瞬間，瞬時(shí)大電流需求的電源問(wèn)題。另外，電源走線要越短越好，并遠(yuǎn)離RF信號(hào)線或Xtal等干擾源。(電源問(wèn)題常常造成異常的RF效能與EMC問(wèn)題)。