RF4CE射頻遙控器的軟硬件設(shè)計介紹

　　與ODFM或PSK相比，F(xiàn)SK(或MSK)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是簡單的解調(diào)器。簡單的解調(diào)器也代表了較低功耗設(shè)計。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)計目標(biāo)來取舍。

　　2.4GHz IEEE 802.15.4無線收發(fā)器實例

　　從上述綜合考慮，以笙科電子的A7153為例討論無線收發(fā)器設(shè)計實例。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加密和認證，以及SPI接口。這些接口使得對連接各種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)計成增益可調(diào)，用來提升整體接收器線性度表現(xiàn)。評斷混頻器設(shè)計好壞的指標(biāo)為IIP3，IIP3數(shù)值越大，代表第三階交互調(diào)制信號會干擾到欲接收信號的程度越低，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，可省去外部昂貴的平衡非平衡適配器(balun)。為達到更長的傳輸距離，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、低電流驅(qū)動架構(gòu)，以實現(xiàn)低消耗功率的目標(biāo)。

　　A7153集成了晶體振蕩器的負載電容及PLL濾波組件，大幅減少了外部被動元件。基頻部分集成了許多功能，包含TX-FIFO與RX-FIFO、自動序碼(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，提供很容易實現(xiàn)符合Zigbee (IEEE 802.15.4)安全標(biāo)準的CCM*模塊，并支持載波偵測多重存取/碰撞避免(CSMA/CA)機制溝通方式，具有自動應(yīng)答(Auto ACK)功能、信道能量偵測(ED)及連結(jié)質(zhì)量指示(LQI)，大幅降低了MCU的負擔(dān)及功耗。

　　Zigbee硬件設(shè)計原則

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

　　RF PCB設(shè)計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)字信號進行分區(qū)處理。因此，元器件布局是RF設(shè)計的關(guān)鍵。一般來說，最先處理的是RF路徑及Xtal路徑上的元器件布局。比如，兩個電感布局不要平行靠在一起，因為這將形成互感，造成信號干擾，而是最好將兩個電感放成直角排列，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，并同時考慮PA啟動瞬間，瞬時大電流需求的電源問題。另外，電源走線要越短越好，并遠離RF信號線或Xtal等干擾源。(電源問題常常造成異常的RF效能與EMC問題)。