SemtechRF集成电路设计运用

来源:mayj发布时间:2012-05-18

1.引言

射频遥控由于具有距离远、无障碍、低功耗、支持更为复杂的协议等优点，将会逐步取代传统的红外遥控方式。

2.从红外遥控到射频遥控

红外遥控（IR Remote）有超过二十五年的历史了，它简单且很容易设计，一直以来是控制电子设备尤其是家用电器的一种经济有效的方法。

红外遥控的原理是用电信号控制或称为调制红外发光二极管（IR LED）产生肉眼不可见的红外光，由一个塑料透镜将红外光聚焦成很窄的光束发射出去。在接收电路中的红外接收器件则是一个光敏二极管，把接收到的红外线转换成电流，然后由接收器中的单片机对它解码。

红外遥控有很多缺点。首先，红外线有很强的方向性，不能穿透墙壁、家具、人体等障碍物，也就是说，在遥控器和设备之间不能有上述的这些障碍物的阻挡；其次，红外线只适于单向的通讯，双向通讯很难实施且成本很高。用户在使用红外遥控时，都会碰到过以下的问题：

-遥控距离不能过远

-遥控角度有限制，遥控器偏离接收器角度过大就无法遥控。而现代家庭里越来越多的遥控家电，它们分散布置在房中，用户要遥控时需要先想一想该设备在哪里

-红外没有穿透性，如果家电在关着门的柜子里或被别的物体遮挡，将无法遥控

现在有了新一代的射频遥控（RF Remote），它使用数百兆赫兹的无线电波取代红外光作为遥控信息的载体，由于它具有无方向性，可以穿透或绕过障碍物，传输距离远，抗干扰能力强等优点，上述使用红外遥控存在的种种限制便荡然无存。例如家电的摆设将不再受遥控角度的制约，而完全由用户的喜好决定，现在看来机顶盒可以不放在机顶上了。

射频技术的遥控距离也远大于一般的红外遥控距离（数米到十米）。在同样的操控条件下，射频遥控的距离可以轻松达到数十米。根据不同应用需求，可以通过加大射频输出功率来进一步延长遥控距离。

与红外遥控相比，射频遥控还有一个十分明显的低功耗优势。红外遥控器一般使用两节五号或七号电池，通常每年要更换一次电池。而射频遥控器则可以做到四年更换一次电池。由于功耗低，射频遥控器甚至可以用纽扣电池供电，有利于产品小型化，外观更时尚。

使用射频，也可以轻易地实现单向或双向遥控功能。更重要的是，半导体厂商提供成熟的射频收发器集成电路，并提供详尽的参考设计，用户无需涉及射频方面的专业知识，就可以设计自己的射频遥控器。

在消费电子产品领域，射频遥控器会被作为一个很酷很时尚的卖点很快被消费者接受。也许若干年后，当你对孩子们说你小时候的电视机遥控器要对着电视机才能遥控时，他们会觉得很惊讶。

3.射频遥控的市场状况

随着低能耗射频芯片逐步进入市场，根据市场调研公司ABI Research最近的研究报告，从现在到2014年，预计射频遥程控器市场的年增长率将达到55%，射频遥控最终可能在五年内淘汰有几十年历史的红外遥控。

4.Semtech射频芯片产品

Semtech Corporation是总部位于美国的全球性模拟与混合信号半导体器件供应商，产品广泛应用电源管理、保护、高级通信、人机界面、测试和检测、无线和传感等商业和工业领域。

Semtech 于2005年收购了瑞士的XEMICS。XEMICS一直致力于研究和生产低电压、低功耗芯片，在射频领域有超过20年的经验，提供各种无线短距离传输、微控制器、传感器、音频芯片的解决方案。

Semtech的射频芯片包括单发、单收和收发3个系列，为个人区域网络和家庭及建筑物自动化网络提供集成的、小范围的无线连接解决方案。通过小范围的无线连接，实现包括家庭自动化、远程测量和控制、无线耳机等应用。

5.SX1230发送器

SX1230是Semtech的集成ISM频段(315, 434, 868 和915 MHz)窄带/宽带发送器，可提供两种工作模式：独立模式和单片机控制模式。该发送器采用Semtech的TrueRF技术设计，将所有无线电元件集成于一个CMOS芯片上，最大程度减少了其他无源元件的使用。SX1230具有双功率放大器，射频输出功率从-18dBm 到17dBm可编程,比特速率高达600kbps。支持FSK, GFSK, MSK, GMSK 和 OOK调制方式。在整个工作电压1.8 到 3.7 V范围内均可提供稳定的射频性能。

SX1230在免许可证的315、434、868和915MHz ISM频段下工作，采用MLPQ- 24 (4x4)封装，具有自动化PLL校准功能并完全集成了VCO和环路滤波器。

SX1230可用在RKE，遥控和安全系统，语音和数据RF通信链接，过程以及建筑物/家庭控制、RFID和自动抄表等。

图 1：SX1230 简化框图

5.1.独立模式

当E2_MODE引脚接高电平时，SX1230工作于独立模式（Stand Alone Mode）。芯片配置参数以及每个按键的RF数据包格式都事先定义在一片外置的EEPROM中，SX1230作为SPI主机将这些配置读入。

独立模式应用电路图

图 2：独立模式应用电路图

PB(3:0)是按键接口，如果使用二极管编码电路，最多可以支持15个按键。平时SX1230处于睡眠状态，按键动作将唤醒芯片并进行去抖，然后发送该按键对应的RF数据包，完成后再回到睡眠状态。

独立模式适用于低成本、按键数目不多、RF数据包格式相对简单的遥控器方案。

5.2.单片机控制模式

当E2_MODE引脚接高电平时，SX1230工作于单片机控制模式（MCU Mode）。SX1230作为SPI从机受外部单片机的控制，根据应用的不同，SX1230最少只需3线连接至单片机即可工作。

图 3：MCU模式应用电路图

SX1230和单片机的接口分为SPI和RF两部分，单片机通过SPI接口对SX1230进行参数配置；通过RF接口发送数据包。其它工作包括按键、显示、建立数据包等均由单片机完成。

单片机控制模式适用于按键数目较多、RF协议或数据包格式较复杂的遥控器方案。

6.SX1210/13接收器

SX1210/13是Semtech的集成UHF频段接收器。SX1210用于868MHz、915MHz频段，而SX1213用于433MHz频段，其它各参数完全相同且管脚兼容。SX120/13的接收电流不到3mA，为业界最低，与竞争对手相比，接收电流要低6倍。设计应用于无线报警器、安全，家庭自动化中的传感器网络，以及自动化抄表领域。

该器件支持FSK数据速率为1.56~200kbps，OOK数据速率高达32kbps。25kbps时FSK调制的接收器灵敏度为 -107dBm；2kbps时OOK接收器灵敏度为-113dBm。此外，该芯片符合欧洲(ETSI EN 300-220 V2.1.1)和南美(FCC Part 15.247和15.249)规范标准。所有主要的RF通信参数是可编程的，其中大部分可以动态设置。

器件采用TQFN-32 (5x5)封装，还具有接收同步字识别、曼切斯特解码和数据去白化、CRC校验，以及用于接收数据、时钟同步和恢复的内置位同步器。