僅TX RF通信鏈路的設(shè)計(jì)方法

許多無(wú)線鏈路(如電話和Wi-Fi)都是雙向的，甚至可以是全雙工的。然而，存在許多應(yīng)用，其中僅傳輸是給定設(shè)計(jì)和應(yīng)用所需的全部。這通常會(huì)帶來(lái)獨(dú)特的限制。例如，您的汽車(chē)的無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)需要體積小，功率低，并且傳輸具有足夠發(fā)射功率的獨(dú)特鍵控信號(hào)，以便在各種天氣下可靠。相應(yīng)的基站通常不受空間限制或功率限制，并保持設(shè)計(jì)的僅接收部分。

簡(jiǎn)單但無(wú)效

單獨(dú)的晶體管電路可以完全處理RF發(fā)射器級(jí)(圖1)。它甚至不使用微控制器。機(jī)械開(kāi)關(guān)向使用Hartley，Collpits或調(diào)諧儲(chǔ)能電路的振蕩器晶體管供電。穩(wěn)定的AC正弦波形通過(guò)簡(jiǎn)單的天線輻射。在接收端，調(diào)諧電路可以使用簡(jiǎn)單的二極管作為檢測(cè)器，并恢復(fù)按下按鈕的有效信號(hào)。這基本上是AM載波ON/載波關(guān)閉無(wú)線僅發(fā)送鏈路。

圖1：最簡(jiǎn)單的TX僅AM載波開(kāi)/載波關(guān)閉RF發(fā)射器可以使用單個(gè)晶體管和一些無(wú)源元件構(gòu)建。

雖然這是一個(gè)有用的演示，但這可能不是一個(gè)有效的設(shè)計(jì)。每個(gè)TX/RCV對(duì)都必須調(diào)諧到不同的頻率;否則你只能在任何給定的區(qū)域使用一個(gè)。從可靠性的角度來(lái)看，溫度和元件漂移也會(huì)使設(shè)計(jì)變得很糟糕。

為了有用，在制造過(guò)程中可以輕松分配的編碼信號(hào)需要在穩(wěn)定的載波上傳輸。此配套代碼也需要在接收板上輕松設(shè)置。

可以使用DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置邏輯順序AM突發(fā)。另外，低成本的單晶體管FM發(fā)射器也很容易設(shè)計(jì)(圖2)。 DTMF或調(diào)制解調(diào)器音調(diào)可以允許簡(jiǎn)單的數(shù)字通信，而不是載波開(kāi)/關(guān)載波。

圖2：?jiǎn)蝹€(gè)晶體管電路還可以創(chuàng)建一個(gè)可以通過(guò)簡(jiǎn)單FSK或DTMF通信的FM發(fā)射器。

現(xiàn)在，嵌入式微控制器的成本低于機(jī)械式DIP-Switch或邏輯芯片，并提供更好的性能和功能。這意味著它們可以被編程為執(zhí)行RF TX功能或與處理通信鏈路和協(xié)議的芯片接口。

幸運(yùn)的是，芯片制造商提供了許多滿足不同需求的好選擇。以RF解決方案中的QAM-TX3 AM發(fā)射器模塊為例(圖3)?；赟AW諧振器的穩(wěn)定性，這些緊湊的315或433 MHz通孔，僅發(fā)送模塊使用ASK調(diào)制，最高可達(dá)3 Kbits/sec。

圖3：低成本AM傳輸模塊使用SAW諧振器來(lái)提供良好的性能并降低成本。

這些部件的發(fā)射范圍高達(dá)50米，其發(fā)射功率與工作電壓成正比，范圍為3至12 VDC。仍需要從外部定序器或微控制器應(yīng)用數(shù)據(jù)。這些模塊允許微型發(fā)射器與發(fā)射器分離，因?yàn)檫\(yùn)行發(fā)射器只需要簡(jiǎn)單的3線接口。

該公司的另一個(gè)緊湊型解決方案是FM-RTFQ1-433，這是一種基于FM的發(fā)射器模塊系列，可在315，433或868 MHz頻段工作(圖4a)。它們的工作電壓為3至12伏特，視距范圍可達(dá)250米(建筑物內(nèi)，額定值為75米)，數(shù)據(jù)速率高達(dá)9.6千比特/秒。

圖4a：基于FM的僅傳輸模塊的站點(diǎn)范圍為250米。

除了FM發(fā)射器模塊外，該公司還提供足跡兼容的配對(duì)接收器模塊，如RRFQ1和RRFQ2(圖4b)。這些垂直安裝SIP模塊易于插入基站設(shè)計(jì)中?；旧系牟遄试S在制造期間設(shè)置頻率。

圖4b：僅接收板可以SIP安裝到基站，允許一種設(shè)計(jì)支持多種頻率。

更多選項(xiàng)

單片變送器解決方案也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，特別是在空間緊張的情況下。其中的領(lǐng)導(dǎo)者是制造MICRF113YM6 TR SOT23-6 QWIKRADIO的Micrel。這些UHF ASK發(fā)射器工作在300至450 MHz范圍內(nèi)，可使用晶體或陶瓷諧振器實(shí)現(xiàn)高達(dá)20k Kbits/sec的數(shù)據(jù)速率，電壓低至1.8 V.

這些器件具有功率水平(+ 10dBm進(jìn)入50歐姆負(fù)載)可能超過(guò)合規(guī)水平，因此您可能需要使用串聯(lián)電阻或縮放工作電壓來(lái)切斷輸出功率。但是，他們對(duì)少量附加組件的需求可以使這些部件在無(wú)鑰匙進(jìn)入和安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員中非常受歡迎(圖5)。

圖5：MICRF113可以使用PCB天線，只需很少的元件即可創(chuàng)建穩(wěn)固的僅發(fā)送鏈路。

另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者是Maxim同樣大小的SOT23-8 8引腳MAX1472AKA + T ASK射頻發(fā)射器芯片。這些300至450 MHz器件采用晶體參考鎖相環(huán)，以提供更好的穩(wěn)定性，更快的建立時(shí)間，以及基于SAW濾波器的設(shè)計(jì)更大的調(diào)制深度，為50歐姆負(fù)載提供+10 dBm輸出功率。 -40至+125攝氏度的擴(kuò)展溫度范圍使這些零件成為汽車(chē)市場(chǎng)的參與者。

更大的(16引腳TSSOP)英飛凌TDK5110是用于433和868 MHz頻段的ASK和FSK發(fā)射器。該器件具有完全集成的PLL合成器和高效功率放大器，可節(jié)省電流并延長(zhǎng)電池壽命。一個(gè)很好的功能是該器件具有可編程時(shí)鐘分頻器輸出，可用于為本地微控制器供電。這可以通過(guò)消除另一個(gè)振蕩器和支持組件來(lái)減少組件數(shù)量。

要獲得高達(dá)500 Kbits/sec的數(shù)據(jù)速率，您可能需要查看Texas Instruments CC115LRTKT ISM發(fā)送器。此外，315，433和868 MHz頻段，這些部分還支持915 MHz頻段，并提供FSK，GFSK和OOK類型的調(diào)制方案。

采用20引腳VQFN封裝，這些器件具有可編程輸出功率水平，可以達(dá)到更高的+12 dBm輸出功率水平，并使用4線SPI接口與主機(jī)微通信進(jìn)行通道配置，數(shù)據(jù)包控制和數(shù)據(jù)緩沖。

Silicon Labs SI4010-C2-GT是一款完全集成的無(wú)晶體CMOS SoC射頻發(fā)射器，內(nèi)置CIP-51 8051 MCU，采用FSK調(diào)制方案，可以達(dá)到1200 Kbits/sec的數(shù)據(jù)速率。 10引腳MSOP封裝部件是該公司的EZRadio芯片之一，工作頻率為27至960 MHz。

這些器件不僅僅是一個(gè)無(wú)線電發(fā)射器(圖6)，它還包含一個(gè)24 MIP高速內(nèi)部?jī)?yōu)化8051內(nèi)核，可在1或2個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行70%的功能。此外，該器件還具有128位AES加密引擎，電池監(jiān)視器，低壓差穩(wěn)壓器，128位EEPROM，4k字節(jié)SRAM，8字節(jié)低泄漏，高壓RAM(HVRAM)和12 KB ROM等功能。 。

圖6：集成在此發(fā)射器芯片中的眾所周知的嵌入式和增強(qiáng)型8051內(nèi)核使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)具有特定功能的小尺寸。

雖然這些部件可以經(jīng)濟(jì)有效地用于處理簡(jiǎn)單的任務(wù)，如車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)啟器，無(wú)鑰匙進(jìn)入和遠(yuǎn)程控制開(kāi)/關(guān)功能，但它們也能很好地處理更安全的應(yīng)用，如報(bào)警系統(tǒng)傳感器，家庭自動(dòng)化，能量管理和其他需要互操作性和/或加密數(shù)據(jù)流的應(yīng)用程序，以使這些設(shè)計(jì)更具有黑客證據(jù)。