基于SoC發(fā)射器的簡(jiǎn)化RF遙控器設(shè)計(jì)

遙控器有許多不同的尺寸和形狀，而且選擇的無(wú)線(xiàn)技術(shù)也不盡相同。作為產(chǎn)品配件，其廣泛用于消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域，如電視機(jī)、電子游戲機(jī)、音響系統(tǒng)、燈光控制以及家居自動(dòng)化(包括車(chē)庫(kù)門(mén)/房門(mén)啟動(dòng)器、空調(diào)設(shè)備、風(fēng)扇和汽車(chē)RKE系統(tǒng))。最常見(jiàn)的遙控器使用紅外(IR)技術(shù)，這主要是因?yàn)榧t外元件成本相對(duì)較低，但這些基于IR的控制器有許多缺陷，包括需要在視角范圍內(nèi)、操作角度限制、傳輸距離短、與IR LED相關(guān)的反射和高電流消耗等，這些缺陷大大縮短了電池壽命。RF遙控器解決了這些問(wèn)題，并且由于可帶給用戶(hù)更好的使用體驗(yàn)，產(chǎn)品也日益豐富。此外，技術(shù)改進(jìn)正在使得RF-IR元件之間的價(jià)格差越來(lái)越小。

　　RF遙控器有其共有的特性，如圖1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示。RF遙控器的基本組件包括：為用戶(hù)提供輸入命令的按鍵；把用戶(hù)命令轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息的MCU；用于調(diào)制和發(fā)射消息的RF發(fā)射器；天線(xiàn)；為遙控器提供動(dòng)力的電池。制造商在設(shè)計(jì)RF遙控器時(shí)所面臨的共同挑戰(zhàn)，是如何提供穩(wěn)定的最大傳輸距離、確保更長(zhǎng)的電池壽命和維持較低的系統(tǒng)成本。

圖1：RF遙控器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　最大化傳輸距離涉及使用盡可能大的功率(在滿(mǎn)足政府法規(guī)限制下)，同時(shí)提供一個(gè)高靈敏度的接收器，因?yàn)榭偘l(fā)射距離是發(fā)射器輸出功率和接收器靈敏度共同作用的結(jié)果。從遙控器端來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)目標(biāo)是構(gòu)建符合政府法規(guī)限制的最大輸出功率，這也意味著所有遙控器應(yīng)具有相同的輸出性能，因?yàn)樗鼈兌家舷嗤ㄒ?guī)限制。在理想世界中這是可能的，但在真實(shí)世界中，由于元件和制造公差，要每個(gè)在生產(chǎn)線(xiàn)上制造的遙控器都有最佳的發(fā)射輸出功率幾乎是不可能的。此外，來(lái)自用戶(hù)手持遙控器帶來(lái)的干擾，甚至觸摸按鍵(又稱(chēng)“手效應(yīng)”)都會(huì)改變天線(xiàn)的阻抗，進(jìn)而改變發(fā)射輸出功率。真實(shí)世界的影響能夠降低遙控器的有效輻射功率(ERP)，很容易導(dǎo)致輸出功率低于政府法規(guī)限制6dB，根據(jù)Friis自由空間路徑損耗公式發(fā)射距離也將相應(yīng)的縮短2倍。

　　Si4010發(fā)射器是Silicon Labs EZRadio無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品線(xiàn)的最新成員，也是業(yè)界第一款單芯片遙控器IC，只需要一個(gè)外部旁路電容、一塊PCB、電池和一塊帶按鍵的外殼，即可構(gòu)成一個(gè)完整的遙控器。Si4010包括一個(gè)專(zhuān)利天線(xiàn)調(diào)諧電路，能夠?yàn)槊恳粋€(gè)按鍵動(dòng)作自動(dòng)微調(diào)天線(xiàn)至最佳發(fā)射功率。傳統(tǒng)的遙控器設(shè)計(jì)中，RF發(fā)射器差異、組件和天線(xiàn)制造公差以及周?chē)h(huán)境導(dǎo)致天線(xiàn)效率較低、輸出能量浪費(fèi)嚴(yán)重。圖2是Si4010功率放大器和天線(xiàn)調(diào)諧電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2：Si4010天線(xiàn)調(diào)諧框圖

　　通過(guò)調(diào)整片上與天線(xiàn)自感產(chǎn)生共振的可變電容器，Si4010可以最大化發(fā)射天線(xiàn)效率。這些自動(dòng)的電容器調(diào)整通過(guò)補(bǔ)償天線(xiàn)匹配電路的失諧使遙控器的發(fā)射功率最大化，并通過(guò)允許放寬PCB天線(xiàn)制造公差來(lái)降低設(shè)計(jì)成本。

　　功率放大器(PA)包含一個(gè)反饋回路，通過(guò)監(jiān)視PA輸出電壓、調(diào)整PA電流驅(qū)動(dòng)(以補(bǔ)償天線(xiàn)阻抗的變化)，從而維持穩(wěn)定的輸出功率。盡管有溫度變化和“手效應(yīng)”的影響，反饋回路有效維持穩(wěn)定輸出功率，正如上文所述，當(dāng)一個(gè)人手持遙控器時(shí)將改變天線(xiàn)阻抗。天線(xiàn)調(diào)諧的最終結(jié)果，是為每個(gè)按鍵操作提供穩(wěn)定可靠和最佳的性能，同時(shí)降低符合RF匹配要求的設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜性。使用Si4010自動(dòng)天線(xiàn)調(diào)諧特性的遙控器能夠可靠和穩(wěn)定運(yùn)行，在滿(mǎn)足政府發(fā)射限制下提供最大發(fā)射距離。

　　電池壽命是任何便攜式電子設(shè)備，特別是遙控器的重要考慮因素。當(dāng)我們考慮典型的遙控器使用方式時(shí)發(fā)現(xiàn)，超過(guò)99%的時(shí)間里，遙控器處于等待用戶(hù)按鍵操作的狀態(tài)。在此期間，Si4010功耗小于10nA(室溫下)，這使其成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。此外，具有觸摸喚醒功能的GPIO特性進(jìn)一步減少了遙控器的電流消耗，延長(zhǎng)了電池壽命。