基于Agilent系列芯片的紅外通訊接口電路設(shè)計

    摘要：介紹了紅外通訊技術(shù)及相關(guān)標準，簡單描述了紅外通訊系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，并以Agilent HSDL7001、HSDL3201芯片為例，詳細敘述了紅外通訊接口電路的實現(xiàn)方法。

    關(guān)鍵詞：紅外通訊；IrDA；HSDL7001；HSDL3201

１ 紅外通訊技術(shù)簡介

紅外數(shù)據(jù)通訊指的是兩臺設(shè)備之間通過紅外線進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N數(shù)據(jù)傳輸方式?一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長在０．７５μｍ至２５μｍ之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（ＩｒＤＡ）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通訊效果，將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長的范圍限定在８５０ｎｍ至９００ｎｍ之間。紅外通訊的最大特點在于它替代了設(shè)備與設(shè)備之間傳統(tǒng)的線纜連接，進而擺脫了不同平臺設(shè)備連接時對于特制接口的要求，使得跨平臺設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換簡單到只需彼此相對。

紅外通訊技術(shù)的特點如下：

●它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺所支持；

●通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)；

●主要用來取代點對點的線纜連接；

●新的通訊標準兼容早期的通訊標準；

●小角度（３０°以內(nèi)）、短距離、點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強；

    ●傳輸速率較高，目前４Ｍ速率的ＦＩＲ技術(shù)已被廣泛使用，１６Ｍ速率的ＶＦＩＲ技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。

紅外通訊技術(shù)的缺點如下?

●通訊距離短，通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷；

●目前廣泛使用的ＳＩＲ標準通訊速率較低（１１５．２ｋｂｉｔ／ｓ）；

●主要用于取代線纜連接進行無線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一，擴展性差。

２　紅外通訊的協(xié)議標準

為了建立一個統(tǒng)一的紅外數(shù)據(jù)通訊標準，１９９３年，由ＨＰ、ＣＯＭＰＡＱ、ＩＮＴＥＬ等二十多家公司成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ?ＩｒＤＡ?，一年以后，第一個ＩｒＤＡ的紅外數(shù)據(jù)通訊標準發(fā)布，即Ｉｒ-ＤＡ１．０。

ＩｒＤＡ１．０簡稱ＳＩＲ?Ｓｅｒｉａｌ ＩｎｆｒａＲｅｄ?，它是基于ＨＰ－ＳＩＲ的異步、半雙工紅外通訊方式。ＳＩＲ以系統(tǒng)的異步通訊收發(fā)器?ＵＡＲＴ?為依托，通過對串行數(shù)據(jù)脈沖的波形壓縮和對所接收光信號電脈沖的波形擴展這一編碼解碼過程?３／１６ ＥｎＤｅｃ?實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。由于受到ＵＡＲＴ通訊速率的限制，ＳＩＲ的最高通訊速率只有１１５．２Ｋｂｐｓ，即電腦串行端口的最高速率。

１９９６年，ＩｒＤＡ發(fā)布了ＩｒＤＡ１．１標準，即Ｆａｓｔ Ｉｎ-ｆｒａＲｅｄ，簡稱ＦＩＲ。與ＳＩＲ相比，由于ＦＩＲ不再依托ＵＡＲＴ，其最高通訊速率有了質(zhì)的飛躍，可達４Ｍｂｐｓ。ＦＩＲ采用了全新的４ＰＰＭ調(diào)制解調(diào)?Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?，即通過分析脈沖的相位來辨別所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，其通訊原理與ＳＩＲ是截然不同的，但由于ＦＩＲ在１１５．２Ｋｂｐｓ以下速率時依舊采用ＳＩＲ的編碼解碼過程，所以它仍可以與支持ＳＩＲ的低速設(shè)備進行通訊，只有在通訊對方也支持ＦＩＲ時，才將通訊速率提升到更高水平。

ＩｒＤＡ１．２標準為低功耗的ＩｒＤＡ１．０標準，現(xiàn)已普遍應(yīng)用于手持設(shè)備。

隨著移動計算設(shè)備和移動通訊設(shè)備的日益普及，紅外數(shù)據(jù)通訊已經(jīng)進入一個發(fā)展的黃金時期。自１９９３年ＩｒＤＡ成立至今，紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的會員已經(jīng)發(fā)展到１５０多個，當今在ＩＴ業(yè)和通訊業(yè)叱咤風云的大公司幾乎都在其中，由此可見ＩＲＤＡ標準已經(jīng)獲得了業(yè)界的廣泛認同和支持。目前已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)出來的具備紅外通訊能力的設(shè)備已有一百種之多，紅外模塊的年裝機量已達一億五千萬套，并以每年４０％的速度高速增長。盡管現(xiàn)在有了同樣用于近距離無線通訊的藍牙技術(shù)，但紅外通訊技術(shù)以其成本低廉和廣泛的兼容性等優(yōu)點，勢必會在將來很長的一段時間內(nèi)在近距離無線數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域扮演重要角色。

３　紅外通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進制信號調(diào)制為一系列的脈沖信號，再通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。

串行紅外傳輸采用特定的脈沖編碼標準，這種標準與ＲＳ２３２串行傳輸標準不同。若兩設(shè)備之間進行串行紅外通訊，就需要進行ＲＳ２３２編碼和ＩｒＤＡ編碼之間的轉(zhuǎn)換。紅外通訊接口由紅外收發(fā)器和紅外編碼解碼器構(gòu)成。

紅外收發(fā)器包括發(fā)送器和接收器兩部分。發(fā)送器（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）將從Ｉ／Ｏ或ＥＮＤＥＣ接收來的位調(diào)制后的脈沖轉(zhuǎn)換為紅外脈沖發(fā)出。接收器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）檢測到紅外光脈沖，并將其轉(zhuǎn)換為ＴＴＬ或ＣＭＯＳ電脈沖。紅外通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。４　紅外通訊接口電路

現(xiàn)以Ａｇｉｌｅｎｔ公司的ＨＳＤＬ７００１和ＨＳＤＬ３２０１芯片為例，詳細說明紅外通訊接口電路的實現(xiàn)方法。

４．１ ＨＳＤＬ７００１芯片簡介

ＨＳＤＬ７００１為紅外編碼解碼芯片?其特性如下：

●適應(yīng)ＩｒＤＡ１．０物理層規(guī)范；

●接口與ＳＩＲ收發(fā)器相兼容；

●可與標準的１６５５０ＵＡＲＴ連接使用；

●可發(fā)送／接收１．６３μｓ或３／１６脈沖形式；

●內(nèi)部或外部時鐘模式；

●波特率可編程；

●工作電壓范圍為２．７～５．５Ｖ；

●采用１６腳ＳＯＩＣ封裝。

ＨＳＤＬ７００１的引腳定義如圖２所示列。

４．２ ＨＳＤＬ－３２０１芯片簡介

ＨＳＤＬ－３２０１是一種廉價的紅外收發(fā)器模塊，工作電壓為２．７～３．６Ｖ。由于發(fā)光二極管的驅(qū)動電流是內(nèi)部供給的恒流３２ｍＡ，因此確保了連接距離符合ＩｒＤＡ１．２（低功耗）物理層規(guī)范。

    ＨＳＤＬ－３２０１與ＩｒＤＡ１．２低功耗器件通信的連接距離為２０ｃｍ，與ＩｒＤＡ１．２標準器件通信的連接距離為３０ｃｍ。

ＨＳＤＬ－３２０１的特性如下：

●超小型表面封裝；

●最小高度：２．５ｍｍ；

●發(fā)光二極管電壓范圍２．７～６．０Ｖ；

●溫度范圍：－２５～８５℃；

●發(fā)光二極管驅(qū)動電流３２ｍＡ；

●邊緣檢測輸入：避免發(fā)光二極管的開啟時間過長。

ＨＳＤＬ－３２０１的引腳定義如圖３所示。

４．３ 紅外通訊接口電路

基于ＨＳＤＬ７００１與ＨＳＤＬ３２０１的紅外通訊接口電路如圖４所示。其中ＴＴＬ電平或ＣＯＭＳ電平串行信號的發(fā)送與接收分別與Ｕ２?ＨＳＤＬ７００１?的引腳２、３相連。三路編碼接Ｕ２的引腳４、５、６，用來設(shè)置通訊波特率。Ｔ１為３．６８６４ＭＨｚ晶振。Ｃ３、Ｃ４為１５ｐＦ諧振電容。Ｒ１為１Ｍ諧振電阻。紅外收發(fā)器Ｕ１?ＨＳＤＬ３２０１?在每發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)的同時，會將該數(shù)據(jù)通過接收器數(shù)據(jù)輸出（引腳６）反饋進行校驗。這個校驗碼對于某些通訊系統(tǒng)來講意義不大，因此可采用回饋碼消除電路來消除回饋校驗碼。圖中Ｕ３是單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，與邏輯或門?Ｕ４?組合可達到消除回饋校驗碼的目的。在單片機系統(tǒng)中，可以在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時將串口接收中斷關(guān)閉，這樣就可不受回饋校驗碼的影響。如果需要啟用該回饋碼來進行校驗，則可不用Ｕ３、Ｕ４，而直接將Ｕ２的引腳１０、１１與Ｕ１的引腳６、７相連。

圖4

    該電路可實現(xiàn)ＴＴＬ電平或ＣＯＭＳ電平的串行數(shù)據(jù)與ＩｒＤＡ１．２標準紅外信號的相互轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)ＳＩＲ紅外通訊接口。

５　結(jié)束語

本文介紹了紅外通訊技術(shù)及相關(guān)標準，簡述了紅外通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并以ＨＳＤＬ７００１、ＨＳＤＬ３２０１芯片為例，詳細敘述了紅外通訊接口電路的實現(xiàn)。該紅外通訊接口電路基于低功耗ＩｒＤＡ１．２紅外通訊標準，適用于所有低功耗設(shè)備（如便攜設(shè)備）的紅外通訊功能的實現(xiàn)。