單片射頻收發(fā)芯片A7105的原理與應(yīng)用

摘要:本文對(duì)短距離RF的主流幾種通信方式作了介紹，比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以及采用低價(jià)RF專有方案的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)基于無(wú)線發(fā)射芯片A7105(SH38L05)的RF短距離通信方案做了較為詳細(xì)的介紹。
一:主流的三種RF方案及其優(yōu)缺點(diǎn)比較
1）：藍(lán)牙方案（IEEE802.15）
藍(lán)牙協(xié)議允許數(shù)據(jù)在1個(gè)主設(shè)備和最多7個(gè)從設(shè)備，最高傳輸速率為723kbit/s。不過(guò)，實(shí)際實(shí)際的速率會(huì)比這個(gè)數(shù)值小。
高斯頻移鍵控（GFSK）調(diào)制模式，在2.4G頻段內(nèi)使用83個(gè)1Mbps的頻道。在送到載波之前，GFSK在基帶信號(hào)上使用高斯過(guò)濾?？梢云交唠娖剑?）低電平（0）。與頻移鍵控（FSK）的直接方法相比，可以給傳輸信號(hào)提供一個(gè)較狹和更干凈的頻譜。
藍(lán)牙設(shè)備有三種基本功率電平：1級(jí)（100米線視距）、2級(jí)（10米）和3級(jí)（2-3米）。目前常用的設(shè)備為2級(jí)。
在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的48比特識(shí)別號(hào)碼。第一個(gè)識(shí)別設(shè)備（通常在2秒鐘內(nèi)）成為主設(shè)備，接著設(shè)定為在頻段中每秒使用1600次，所有網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備將與這個(gè)主設(shè)備鎖定并與其同步。主設(shè)備以偶時(shí)隙傳送，從設(shè)備以奇時(shí)隙響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)中的從設(shè)備將被分配一個(gè)地址，并收聽屬于自己的時(shí)隙和地址信息。
從設(shè)備也可以進(jìn)入低功耗的可能進(jìn)入功率探測(cè)，保持和停止模式。在探測(cè)模式中，設(shè)備僅僅在指定的探測(cè)時(shí)隙中靜聽，但是保持同步。在保持模式中，設(shè)備進(jìn)行收聽來(lái)確定自身是否需要激活。在停止模式中，設(shè)備放棄它的地址。雖然在保持和停止模式下可以延長(zhǎng)電池壽命省電，但這也這意味著，設(shè)備失去同步，同時(shí)重新建鏈將需要等待時(shí)間，這將耗時(shí)幾秒鐘，如果用戶要求快速響應(yīng)，這無(wú)疑是一個(gè)缺點(diǎn)。
藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)包括一系列的應(yīng)用領(lǐng)域可供選擇。不過(guò)，所有藍(lán)牙的應(yīng)用，都必須得到認(rèn)可，并符合藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，所有用戶必須是藍(lán)牙特別的成員。
由于來(lái)自藍(lán)牙專業(yè)組的商業(yè)壓力，大部分應(yīng)用領(lǐng)域都適用于移動(dòng)電話上的媒體和文件的傳輸應(yīng)用。因此，應(yīng)用藍(lán)牙來(lái)開發(fā)一些較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用是價(jià)值不高并且沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的。
2）：ZigBee（IEEE802.15.4）
　　ZigBee是最近推出的RF標(biāo)準(zhǔn)，為大量多節(jié)點(diǎn)、低功耗、低速率的無(wú)線監(jiān)控應(yīng)用而開發(fā)。
本標(biāo)準(zhǔn)定義為IEEE802.15.4,也是可靠性很高的一種簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)協(xié)議。這包括通知每次傳輸?shù)膽?yīng)答機(jī)制以及其他技術(shù)以保持信息的可靠性。ZigBee無(wú)須藍(lán)牙的同步功能，因此在一定程度上降低功耗。
像藍(lán)牙那樣，ZigBee工作在ISM 2.4GHz頻段（5MHz 16頻道）內(nèi)。本標(biāo)準(zhǔn)也提供在歐洲868MHz（單頻道）和US915MHz(2MHz 10頻道)頻段的版本。它保證250kbit/s的最高速率。
3）：專有方案（A7105方案，與nRF方案類似）
　　專有方案采用藍(lán)牙的信道模式。專有方案將2.400~2.483GHz之間頻帶分成166個(gè)500KHz帶寬的頻道，而藍(lán)牙分成83個(gè)頻道，ZigBee為16頻道相比（參見圖2），與藍(lán)牙與ZigBee相比，這使A7105專有方案在遭遇從擁擠的頻段帶來(lái)的干擾的時(shí)候有更多可用頻率。
干擾處理
　　所有三種無(wú)線技術(shù)，即藍(lán)牙、ZigBee和專有方案，都有減少在相同頻段工作的RF設(shè)備干擾的機(jī)制。
藍(lán)牙具有頻率跳躍擴(kuò)頻（FHSS）機(jī)制，能確保79個(gè)1MHz頻道均勻覆蓋以避免不斷的頻道干擾。
ZigBee利用它的16個(gè)頻段對(duì)付窄帶干擾，因此當(dāng)如果有其他802.11b/g設(shè)備的存在時(shí)，就更容易受到干擾，這就可能需要等待其他設(shè)備終止發(fā)送。
專有方案采納一種更靈活的混合做法。由于它的輸出功率適度，干擾不太可能發(fā)生。為了最低限度減少電流消耗和復(fù)雜性，專有方案不采用擴(kuò)頻模式，碰到干擾，只是簡(jiǎn)單地以單一頻率傳送，直至數(shù)據(jù)包到達(dá)為止。如果在發(fā)射的過(guò)程中需改變頻率，則只需簡(jiǎn)單地通過(guò)SPI發(fā)送一個(gè)單字節(jié)命令即可。
有了166個(gè)500KHz頻道，就可以避開其他設(shè)備應(yīng)用上的傳送頻率而重新分配頻率，即使在機(jī)場(chǎng)那樣的熱點(diǎn)，在幾分鐘乃至幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，頻率的重新分配頻率也并不頻繁。
至于無(wú)線鼠標(biāo)，鄰頻抑制的典型值是-6dBm。因此只要鼠標(biāo)（TX）到USB接收器（RX）的距離是從干擾源算起的一半，一般就不會(huì)產(chǎn)生干擾。這是因?yàn)楦鶕?jù)RF理論，6dB的衰減等同于雙倍的距離。（參見圖1）。
專有方案與其它兩種方案的比較
首先，采用藍(lán)牙方案與ZigBee方案的缺點(diǎn)：第一，為了符合標(biāo)準(zhǔn)，您得達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這將使您付出高昂的NRE費(fèi)用，用來(lái)開始設(shè)計(jì)和測(cè)試兼容性。第二，由于它的特性，標(biāo)準(zhǔn)必須是一個(gè)尺碼天下通用的解決方法--在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的全球化市場(chǎng)上，您的競(jìng)爭(zhēng)者擁有與您一樣的技術(shù)，很難分辨您的產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。最后，標(biāo)準(zhǔn)提供的設(shè)計(jì)靈活性很小；例如在在您的RF產(chǎn)品上進(jìn)行降低功耗的工作將會(huì)受到限制。
專有方案的優(yōu)點(diǎn)：成本低,在要求一種產(chǎn)品需要電池壽命長(zhǎng)和通信可靠以及實(shí)現(xiàn)低占空比方面，nRF專有方案比藍(lán)牙和ZigBee做得更好。
有關(guān)的名詞的解釋:
FSK：頻移鍵控，指用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。其主要優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好，在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。
GFSK：是高斯頻移鍵控的簡(jiǎn)寫，在調(diào)制之前通過(guò)一個(gè)高斯低通濾波器來(lái)限制信號(hào)的頻譜寬度。