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滿足遙控應用設備的高整合射頻接收發送器
 

【作者: 麥瑞半導體】   2013年08月13日 星期二

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從汽車行業的遙控無鑰匙進入到無數工業、家用和消費者應用,射頻都是決定這些應用能否夠創造更多價值的關鍵。射頻技術使得大量產品都具備了無線功能,因此催生了一個全新的市場,而創新和便利的新功能也讓成熟產品恢復活力。射頻技術並非是一項新技術,至今已有數年曆史。但是,這項技術直到近幾年才受到半導體市場的青睞,這體現在可縮小系統尺寸和成本的創新整合電路解決方案上。


新射頻集成電路解決方案的激增,讓這項技術納入各種需限製成本的系統(包括行業中對成本最敏感的消費性產品)中成為可能。越來越高的整合程度,以及大幅改進的開發工具減輕了射頻工程師的負擔,同時持續創新也讓產品上市速度越來越快。就麥瑞公司的射頻產品而言,它幾乎可以理解為一種“插入式”設計方法,這對無線消費性產品工程師而言是一項關鍵的優勢。


相較傳統的單向系統,雙向鑰匙需要增加與汽車的通信距離,在長距離內實現可靠的雙向射頻通信給射頻設計帶來了更大的挑戰。


噪訊敏感性

FSK 系統具備比OOK/ASK 更高的敏感性和噪訊性能,尤其是在信號大幅波動、多路徑和衰退的應用中。可以通過使用多通道或FHSS 自動定期更改頻率來實現強大的通信。因此,它可以有效抑制信號變異、干擾和頻譜共存。


電池使用壽命

電池供電系統要求在關機和待機模式時消耗非常低的電力。鑑於待機電流接近低sub-uA 電源,發送和接收是主要的功耗所在。因此,使得接收和發送功耗是選擇收發器時要考慮的主要係統參數。在需要維持和主動同步鏈接的FHSS 和PKE 系統中,這種考量更加重要,因為越來越多的時間將花費在激活狀態。


射頻設計的重要考量

工程設計師在設計時, 要考慮成本、性能和上市時間中最為重要的是哪項;這必須在設計階段仔細考慮,以便最終設計,最重要的是產品能夠按其預期目的正常工作。因此,必須要在最佳設計、最低成本和可能的最短時間之間找到合適的平衡點。


此外,工程設計師還要考慮最壞情況中的範圍或距離以及使用條件(室內或室外)。範圍越高,項目就越昂貴,完善所需要的時間也越長,因此,設計師應衡量真正需要的範圍,以合理控製成本。


其他問題可能包括,如射頻系統被封裝在密封盒裡,天線接觸到物體,接收器輸入或發送器輸出不匹配,錯誤的接收器設置(SEL0 或SEL1(針對解調器帶寬)或錯誤的推薦元件值(CTH 和CAGC 電容器)等限制因素。


此外確定天線將用於哪種系統也十分重要。人們往往在最後一刻才開始考慮天線,但是一個好的射頻系統在早期設計階段就要考慮到天線。某些天線,如迴路天線可能會損失最高30 dB。天線需要一定的空間用於散熱或捕獲電磁波,若置於封閉環境中,接觸到其他物體或周圍有其他電路,將會影響其正常工作。


必須注意設備是否適用於某些規章,除非是使用非常小的功率或較高的頻段,否則不允許傳輸連續數據,這些都會使設計更加難以實現。在這種情況中,需要使用如跳頻等其他方案。


印製電路板的可用面積是多少,其中又有多少可用面積將用於射頻電路。必須確定設計中專屬於射頻電路(不與其他噪訊電路混合)的面積。如果天線用於印製電路板,則必須有足夠的間隔空間,使其遠離金屬表面、電線或其他物體。


必須確定數據模式的類型和考慮是否需要解碼,以確保接收器能適當運作。在保安應用中(遙控無鑰匙進入、警報等),需要對信息進行加密。此外,還要考慮接收器是否可處理歸零(RZ) 數據,或是否必須在傳送前更改非歸零類型數據。而且,對於帶至少10 個數據期間的前同步碼,建議使用50% 工作週期使接收器進入穩定狀態操作,以便解碼器或微型控制器可以在傳輸數據後立即處理數據,而不損失接收器解調的第一個比特位。最後,數據類型將決定著數據層析電路(CTH 電容器)和AGC 電路(CAGC電容器)的電容。


最窄的脈衝將決定要求的接收器最後帶寬。理想情況下,帶寬應設置到不超過必要水平,以免降低敏感性。但事實剛剛相反,帶寬不得設置到低於必要水平,否則脈衝將會拉伸,在處理數據時引起錯誤。


如果存在已知的噪訊源,應將頻率納入考慮。要知道其頻率,就必須知道射頻系統將在什麼環境中工作,合適和恰當的前端電路可以將噪訊降低到可接受的水平和確保系統正常運行。


解決方案

QwikRadio 元件非常適合用於各種遙控應用設備,從汽車RKE(遙控無鑰匙進入)到消費者設備等。它們已經過優化,具有功耗低和低成本的優勢。此外,麥瑞的RadioWire 產品是FSK(頻移鍵控)高度整合接收器無線電芯片系列的成員之一,可以通過編程在不同的頻率下工作。


MICRF505、MICRF505L 和MICRF506 是一款低成本單芯片頻移鍵控(FSK) 收發器,用於半雙工雙向射頻鏈接。多通道FHSS 收發器符合北美聯邦通信委員會(FCC) 第15.247 和249 部分和歐洲電信標準協會(ETSI) 規定EN300 220。


極具成本效益的解決方案

MICRF50X 系列是一款靈活、低成本的解決方案,還有元件數量少的優點。 PLL 迴路濾波器和匹配電路為外置,具有靈活性,但基本電路元件(如傳送/接收開關)則整合在一起。大型信號基地台要求低功率免授權頻帶,因為更多頻譜內容被直接混合到已被佔用的通道中,此導致系統敏感性下降。


MICRF50X 的阻攔性能允許接收器在存在大規模信號時良好工作,無需增加外置LNA。但是,設計師面臨的一項關鍵挑戰就是將這些元件整合成為一個行之有效的解決方案。因此,麥瑞公司為MICRF50X 的評估和在終端應用設備中的部署,提供了易於使用和理解的工具和軟體。


除MICRF50X 系列外,麥瑞還推出全新的MICRF300,這是一款低噪訊擴大器(LNA),在關機模式中功耗極低,工作頻段為100MHz 到1000MHz。該元件可用於頻率範圍介於100MHz 至1000MHz 之間的遙控無鑰匙進入(Remote Keyless Entry, RKE)、車庫開門裝置(Garage Door Opener, GDO)、自動讀表(Automatic Meter Reading, AMR) 及其他低功耗、低數據速率應用系統,實現遠程、低附加成本或低功耗非常重要的領域。


該元件針對在315/433MHz 工作的低功率低數據速率應用,在18dB 增益時只有1.2dB 噪訊,可從而改善接收器的噪訊數據和敏感性。此外,該器件還可在868/915MHz 中工作,在13dB 增益時只有1.7dB 噪訊。器件要求簡單的輸入和輸出匹配網絡,以優化所需頻段的性能。


MICRF300 的工作電壓範圍為1.8V 至3.6V。 MICRF300 在工作期間消耗的供電電流僅為2.5mA,典型的關機電流為50nA,是電池供電設備的理想解決方案。該元件提供6 引腳SC70 封裝,額定工作溫度為-40℃ 到+125℃。


MICRF300 非常適合各種廣泛應用,包括保安系統、遠程無鑰匙進入(RKE)、胎壓監測(TPMS)、自動讀表(AMR)、車庫開門裝置(GDO) 和遠程氣象站等。設計這些應用的射頻系統時必須考慮許多要求和挑戰,如:必須知道射頻系統將安裝到哪個國家,因為這會影響到載波頻率、允許的最大功率、佔用的帶寬、諧波和乾擾等。


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