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  • 型号:CC2543RHBR 2.4GHz RF收发器和微控制器MCU 封装:QFN32 年份:1748+ 产地:菲律宾 描述 FAE:13723714318 CC2543 是一款经优化的针对数据速率高达 2Mbps 且使用低物料清单成本制造的片上系统 (SoC) 解决方案。...

    品牌:TI
    型号:CC2543RHBR 2.4GHz RF收发器和微控制器MCU
    封装:QFN32
    年份:1748+
    产地:菲律宾

    描述

    FAE:13723714318
    CC2543 是一款经优化的针对数据速率高达 2Mbps 且使用低物料清单成本制造的片上系统 (SoC) 解决方案。
    CC2543 将处于领先地位的 RF 收发器的出色性能与一个单周期 8051 兼容 CPU,32KB 系统内可编程闪存存储器,高达 1KB RAM,以及许多其它功能强大的特性组合在一起。
    CC2543 有高效的功率模式(RAM 和寄存器保持电流低于 1μA),这使得它非常适合应用于要求超低功耗的低占空比系统。 运行模式间较短的转换时间进一步确保了低能耗。
    CC2543 与 CC2541/CC2544/CC2545 兼容。 它采用带有 SPI/UART/USB 接口的 5mm x 5mm QFN32 封装。 供货时,CC2543 带有由德州仪器 (TI) 提供的完整参考设计。
    此器件针对无线消费类产品和人机接口器件 (HID) 应用。 CC2543 专为诸如无线鼠标的外设器件而设计。

    特性

    射频 (RF) 部分
    单片 2.4GHz RF 收发器和微控制器 (MCU)
    支持 250kbps,500kbps,1Mbps 和 2Mbps 数据速率
    出色的链路预算,无需外部前端即可实现长距离通信
    高达 5dBm 的可编程输出功率
    出色的接收器灵敏度(2Mbps 时为 -90Bm,256kbps 时为 -9dBm)
    适用于符合世界范围内的射频标准的系统:ETSI EN 300 328 和 EN 300 440 2 类 (欧洲),FCC CFR47 第 15 部分(美国),和 ARIB STD-T66(日本)
    精确的接收信号强度指示器 (RSSI) 功能布局

    极少的外部组件
    适用于单层印刷电路板 (PCB) 应用的引脚引线
    提供参考设计
    32 引脚 5mm x 5mm 四方扁平无引线 (QFN)(16 通用 I/O 引脚)封装

    低功率
    激活模式 RX 最佳性能:21.2mA
    激活模式 TX (0dBm):26mA
    功率模式 1(5μs 唤醒):235μA
    功率模式 2(睡眠定时器打开):0.9μA
    功率模式 3(外部中断):0.4μA
    宽电源电压范围(2V 至 3.6V)
    在所有功率模式下的完全 RAM 和寄存器保持微控制器
    具有代码预取功能的高性能和低功率 8051 微控制器内核
    32KB 闪存程序内存1KB SRAM支持硬件调试
    扩展基带自动化,包括自动确认和地址解码外设
    可访问所有内存区域和外设的两个通道 DMA
    通用定时器(1 个 16 位,2 个 8 位)
    无线电定时器,40 位红外 (IR) 生成电路
    多个振荡器:32MHz 晶体振荡器 (XOSC)
    16MHz RC 振荡器 (RCOSC)
    32MHz RCOSC
    具有捕捉功能的 32kHz 睡眠定时器
    高级加密标准 (AES) 安全协处理器
    通用异步收发器 (UART) / 串行外设接口 (SPI) /I2C 串行接口
    16 个通用 I/O 引脚(3 x 20mA 驱动强度,其余引脚有 4mA 的驱动强度)
    安全装置定时器
    真随机数发生器
    模数转换器 (ADC) 和模拟比较器

    应用范围
    专有 2.4 GHz 系统
    人机接口器件(键盘、鼠标)
    消费类电子产品

    针对 2.4GHz 射频 (RF) 应用的片上系统
    1特性
    • 射频 (RF) 部分 • 微控制器
    – 单片 2.4GHz RF 收发器和微控制器 (MCU) – 具有代码预取功能的高性能和低功率 8051 微控
    – 支持 250kbps,500kbps,1Mbps 和 2Mbps 制器内核
    数据速率 – 32KB 闪存程序内存
    – 出色的链路预算,无需外部前端即可实现长距离 – 1KB SRAM
    通信 – 支持硬件调试
    – 高达 5dBm 的可编程输出功率 – 扩展基带自动化,包括自动确认和地址解码
    – 出色的接收器灵敏度(2Mbps 时为 - • 外设
    90Bm,256kbps 时为 -9dBm) – 可访问所有内存区域和外设的两个通道 DMA
    –适用于符合世界范围内的射频标准的系 – 通用定时器(1 个 16 位,2 个 8 位) 统:ETSI EN 300 328 和 EN 300 440 2 类
    (欧洲),FCC CFR47 第 15 部分(美国), – 无线电定时器,40 位
    和 ARIB STD-T66(日本) – 红外 (IR) 生成电路
    – 精确的接收信号强度指示器 (RSSI) 功能 – 多个振荡器:
    – 32MHz 晶体振荡器 (XOSC) • 布局
    – 极少的外部组件 – 16MHz RC 振荡器 (RCOSC)
    – 适用于单层印刷电路板 (PCB) 应用的引脚引线 – 32MHz RCOSC
    – 提供参考设计 – 具有捕捉功能的 32kHz 睡眠定时器
    – 32 引脚 5mm x 5mm 四方扁平无引线 – 高级加密标准 (AES) 安全协处理器(QFN)(16 通用 I/O 引脚)封装 – 通用异步收发器 (UART) / 串行外设接口 (SPI)/I2
    • 低功率 C 串行接口
    – 激活模式 RX 最佳性能:21.2mA – 16 个通用 I/O 引脚(3 x 20mA 驱动强度,其
    – 激活模式 TX (0dBm):26mA 余引脚有 4mA 的驱动强度)
    – 功率模式 1(5μs 唤醒):235μA
    – 安全装置定时器
    – 功率模式 2(睡眠定时器打开):0.9μA
    – 真随机数发生器
    – 功率模式 3(外部中断):0.4μA
    – 模数转换器 (ADC) 和模拟比较器
    – 宽电源电压范围(2V 至 3.6V) 应用范围
    – 在所有功率模式下的完全 RAM 和寄存器保持 • 专有 2.4 GHz 系统
    • 人机接口器件(键盘、鼠标)
    • 消费类电子产品

    说明

    FAE:13723714318
    CC2543 是一款经优化的针对数据速率高达 2Mbps 且使用低物料清单成本制造的片上系统 (SoC) 解决方案。
    CC2543 将处于领先地位的 RF 收发器的出色性能与一个单周期 8051 兼容 CPU,32KB 系统内可编程闪存存储
    器,高达 1KB RAM,以及许多其它功能强大的特性组合在一起。 CC2543 有高效的功率模式(RAM 和寄存器保
    持电流低于 1μA),这使得它非常适合应用于要求超低功耗的低占空比系统。 运行模式间较短的转换时间进一步确保了低能耗。
    CC2543 与 CC2541/CC2544/CC2545 兼容。 它采用带有 SPI/UART/USB 接口的 5mm x 5mm QFN32 封装。 供
    货时,CC2543 带有由德州仪器 (TI) 提供的完整参考设计。
    此器件针对无线消费类产品和人机接口器件 (HID) 应用。 CC2543 专为诸如无线鼠标的外设器件而设计。

    参数测试条件MIN TYP MAX单元2 Mbps,GFSK,320 kHz偏差
    RX模式,无外围设备激活,低MCU活动21.2毫安
    TX模式,0 dBm输出功率,无外围设备激活,低MCU活动26毫安
    TX模式,5 dBm输出功率,无外围设备激活,低MCU活动29.4毫安
    有源模式,16 MHz RCOSC,低MCU活动3毫安
    有源模式,32 MHz时钟频率,低MCU活动6毫安
    电源模式0,CPU时钟暂停,所有外围设备,没有时钟除法,32兆赫4.5

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  • 红外遥控信号的接收和转发

    千次阅读 2007-04-15 04:26:00
    文中给出红外接收芯片的外围电路和测量接收波形的程序。 关键词:红外遥控 单片机系统 转发红外遥控在家电产品中有广泛应用,但各产生的遥控不能相互兼容。目前市场上常见的万能遥控只能对某几种产品进行控制,...
     
    摘要:介绍用51系列单片机采集家用电器红外遥控器信号,并将其转发原理。文中给出红外接收芯片的外围电路和测量接收波形的程序。 
    

        关键词:红外遥控 单片机系统 转发

    红外遥控在家电产品中有广泛应用,但各产生的遥控器不能相互兼容。目前市场上常见的万能遥控器只能对某几种产品进行控制,不是真正的“万能”,而且不能对新上市的产品进行控制。本文介绍一种用单片机对红外遥控器信号接收和转发的方法,由于只关心发射信号波形中的高低电平的宽度,不管其如何编码,因此可以用来实现自学习万能遥控器。

    一、红外信号的接收和波形测量

    所有红外遥控器的输出都是用编码后串行数据对38~40kHz的方波进行脉冲幅度调制而产生的。如果直接对已调波进行测量,由于单片机的指令周期是微秒(μs)级,而已调波的脉宽只有20多μs,会产生很大的误差。因此先要对已调波进行解调,对解调后的波形进行测量。

        红外遥控接收芯片CX20106可以完成对遥控信号的前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波和波形整形,只需加上简单的外围电路即可完成对已调波的解调,原理如图1所示。

    将CX20106解调出的遥控编码脉冲直接连入8751单片机的INT0和T0脚,定时器T)和T1都初始化为定时器工作方式1,T0的GATE位置位。每次外部中断首先停止定时,记录T0、T1的计数值,然后将T0、T1的计数值清零,并重新启动定时。T0的值即为高电平脉宽,T1-T0的值为低电平脉宽,如图2所示。

    测量波形的外部中断服务程序的流程如图3所示。

    测量波形的外部中断服务程序如下:

    interup0:clr tr0

    clr tr1

    push psw

    push acc

    inc test

    jb first,RE

    mov a,tl0

    mov temp1,a

    mov a,th0

    mov temp2,a

    mov a,tl1

    clr c

    subb a,temp1

    movx @dptr,a

    inc dptr

    mov a,th1

    subb a,temp2

    movx @dptr,a

    inc dptr

    mov a,temp1

    movx @dptr,a

    inc dptr

    mov a,temp2

    movx @dptr,a

    inc dptr

    RE:clr first

    mov tl0,#0

    mov th0,#0

    mov tl1,#0

    mov th1,#0

    setb tr0

    setb tr1

    二、测量数据的转发

    只须用的数据周期性地改变P1.0就可以得到原来的遥控编码脉冲,流程如图4所示。

    三、产生遥控发射信号

    用遥控脉冲信号调制38kHz方波,然后将已调波放大,驱动红外发光二极管,就可以得到遥发射信号。调制可用一个或门实现,38kHz方波可用8751的定时器T1产生,如图5所示。

    有些遥控器的载频可能是40kHz,只须稍微加大发射功率仍然可用38kHz载频使其接收电路动作。

    四、应用领域

    只须加上键盘和液晶或数码显示电路,并扩展一定数量的RAM,就可以用此方法实现自学习万能遥控器。笔者已对目前市面上的彩电、影蝶机、录像机、投影仪、空调器等产品的常见品牌进行过实验,均实现了准确的接收和转发。此外,只要在图5所示电路前加一级编码模块(可用软件实现)作为发射单元;图1所示电路加上波形测量软件作接收单元,再加上相应的解码控制软件就可组成一个通用红外收发控制系统或数据传输系统,不需要再增加额外的硬件。

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  • 全国电子设计大赛-电路模块准备

    千次阅读 多人点赞 2017-06-09 19:16:19
    微控制器外围电路模块:键盘及LED数码管显示器模块,LCD显示器模块,触摸屏显示器模块,RS-485总线通信模块,CAN总线通信模块,不同位数和速率的ADC模块,不同位数和速率的DAC模块,无线收发器电路模块 3....

    一. 模块概览

      1. 微控制器电路模块:单片机,FPGA,ARM,DSP

      2. 微控制器外围电路模块:键盘及LED数码管显示器模块,LCD显示器模块,触摸屏显示器模块,RS-485总线通信模块,CAN总线通信模块,不同位数和速率的ADC模块,不同位数和速率的DAC模块,无线收发器电路模块

      3. 放大器电路模块:宽带小信号放大器模块,宽带功率放大器模块,音频小信号放大器模块,音频功率放大器模块,仪表放大器模块,LC滤波器电路模块,OP有源滤波器电路模块,滤波器专用芯片电路模块

      4. 传感器电路模块:反射式光电传感器模块,超声波发射与接收模块,温湿度传感器模块,阻抗测量模块,音频信号检测模块,图像识别传感器模块,色彩识别传感器模块,电子罗盘模块,倾角传感器模块,角度传感器模块

      5. 电机控制电路模块:

      直流电机驱动模块,步进电机驱动模块,AC电机控制模块,三相AC电机控制模块,舵机控制模块,光电隔离模块

      6. 信号发生器电路模块:基于MAX038的函数信号发生器模块,基于AD985x的DDS

      信号发生器模块,压频转换电路模块,乘法器电路模块

      7. 电源电路模块制作:线性稳压电源模块,DC-DC升压电路模块,DC-DC降压电路模块,DC-AC-DC升压电源模块,DC-AC-DC降压电源模块,恒流源电路模块,PWM调制电路模块,逆变器桥路模块,逆变器桥路驱动模块模块

    二. 准备模块文档(为写论文做准备)

    2.1模块还应该准备好文档:

    2.2能够正常工作的模块的电路图和PCB图

    2.3模块与微控制器的连接电路

    2.4模块与微控制器的控制程序和程序流程图

    三. 一些需要注意的问题

    (模块不用都买)

      1. 根据自己的选题方向选择一些基本的模块进行准备,这可以从历届获奖赛题的系统设计方案中找到这方面的内容。
      备注:可以看看大赛给出的清单,往年的也有参考价值
      2. 模块能够自己做的自己做,不能够自己做的就买成品板
      3. FPGA,ARM,DSP微控制器模块建议采用成品板
      4. 一些传感器模块建议采用成品板
      5. DDS模块建议采用成品板
      6.制作和购买的模块需要与所采用的微控制器进行连接和操作,确认是否可以正常工作,需要弄清楚其工作原理和结构,以及一些参数的修改和调整方法。
      7. 要舍得点,大学4年,花了多少钱,大赛的钱可能还不够一顿宿舍聚餐呢,所以要舍得花钱,多投入一点,其收益将是大大的。

    四、控制类必须准备

    4.1、电源模块:

      ①常用的电源稳压模块12V,9V,5V,3.3V和双电源±5V,±12V;

      ②可调升压电源模块;

    4.2、 最小系统:

      确定一类竞赛用的单片机,C51,AVR,FPGA,STM32等,做一个最小系统,引出所以端口。

    4.3、驱动模块:

      这个应该是属于必备的模块(如果选择控制类题目),常用的L298,L297,UNL2003,UNL2803等。

    4.4、信号处理模块:

      信号处理模块主要把一模拟信号转为开关量。把一些信号转为其他信号(把正弦波转为方波),电压比较器(LM393,LM339),信号放大(常用运放TL082,TL084).

    4.5、AD,DA模块,现在高级一点的单片机基本都带有AD,但是还是要准备一些DA模块。AD,DA模块能在一些传感器场合中用到。

    4.6、传感器模块:

      这一块应该说是准备阶段重点要准备的。

      ①循迹光耦(一般是黑线)也可以借鉴飞思卡尔只能车大赛,循导线(带有一定频率的导线)。

      ②趋光模块(光敏电阻或者光敏二极管);

      ③霍尔传感器

      ④接近开关(探测金属)

      ⑤超声波传感器(测距,避障)

      ⑥红外(无线遥控,避障)

      ⑦角度传感器

      ⑧加速度传感器

      ⑨湿度传感器

      ⑩烟雾传感器,温度传感器

      ⑪颜色传感器

      7、声控模块,语音播放模块,录音模块

      8、单片机外接人机模块: 数码管显示,液晶显示,LED灯,蜂鸣器,矩阵键盘,独立键盘。

      9、无线模块
      无线串口模块(wifi),NRF905,CC1100,24L01,315m等射频模块等选择一种。
      10、电机类(减速电机,步进电机,测速电机)
      11、舵机,数字舵机,模拟舵机,串口舵机等

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  • 遥控红外线向RF发展

    千次阅读 2012-08-22 14:03:45
    索尼公司业务执行董事、SVP电视业务本部长福田隆志表示:“遥控的通信方式从红外线改为RF以后,人们在使用遥控时就不用再考虑电视的位置和遥控的指向了。”  很长时间以来,电视遥控基本上都是利用红外线...

    索尼公司业务执行董事、SVP电视业务本部长福田隆志表示:“遥控器的通信方式从红外线改为RF以后,人们在使用遥控器时就不用再考虑电视的位置和遥控器的指向了。”

      很长时间以来,电视遥控器基本上都是利用红外线的方式传送信号。现在,这种状况正在发生很大的变化。利用无线电波(而不是红外线)的RF遥控器的研发工作和产品策划正在迅速取得进展(见图1)。

      

     

      图1 生活环境的变化带来RF遥控器时代

      索尼公司推出了15款新型BRAVIA系列液晶电视,于2007年9月20日起陆续上市,其中有13款产品都采用了RF遥控器作为标准配件。由于操作简单且使用时无需对准电视,因此索尼将该遥控器命名为“置乐遥控器”,意思是“放在地板上都可以轻松使用的遥控器”。在日本,这是第一次正式推出用于电视的RF遥控器。

      打算采用RF遥控器的并不只是索尼公司。某遥控器生产商的工程师表示:“许多电视制造商都在催促我们尽快供货。以前我们就曾提出过RF遥控器的方案,现在,电视制造商终于和我们的想法一致了。”

      采用RF遥控器的四大原因

      以前就有人提出可以利用RF遥控器取代红外线遥控器。与红外线遥控器相比,RF遥控器在操作自由度及双向性、设计自由度等方面具有很大的优势(见表1)。但是,由于元器件及材料成本较高,因此电视制造商一直没有正式采用。不过,在以下四个因素的作用下,这种状况最近开始发生了变化。

      

     

      表1 RF遥控器和红外线遥控器的性能比较

      首先,客厅中电视的使用状况发生了变化;其次,任天堂公司的家庭游戏机Wii所采用的RF遥控器获得了很大成功;再次,可以联网的电视逐渐普及,市场对于鼠标或键盘等输入设备的需求量增加;最后,用于RF遥控器的无线收发器的性能迅速提升。这些变化导致RF遥控器走向实用。

      红外线遥控器难于使用

      目前,客厅中电视周围的环境发生了很大变化。过去,以电视为中心,录像机等音/视频设备通常都集中摆放在电视周围。但随着平板电视的应用,越来越多的家庭开始分散地摆放各种音/视频设备。用户在使用红外线遥控器进行操作时,必须对准设备上的红外线接收器。当设备放在不同位置时,用户就必须把遥控器对准每一台音/视频设备的方向逐个操作,非常麻烦。

      同时,由于电视屏幕不断增大,红外线遥控器也变得更加难以使用。在电视屏幕超过50英寸的情况下,当遥控器过于接近电视时,即使遥控器对准了电视的方向,它发送的信号有时也很难传到电视上的红外线接收器中。因为,在这种情况下,电视的红外线接收器往往位于遥控器的辐射角(±30。)范围之外。

      为了解决这些问题,最近有越来越多的电视都设置了2个~3个红外线接收器,或采用了具有2个红外线发光元件的遥控器。而RF遥控器基本没有指向性,因此可以轻松地解决上述问题。

      Wii遥控器及互联网电视

      任天堂公司的Wii所使用的“Wii遥控器”获得了很大成功,用户认可了使用全新输入方法的乐趣,这也提高了电视制造商在进行同类产品策划时的信心。RF遥控器能够向电视连续发送加速度传感器或接触传感器的输入信号,而这一点对于红外线遥控器来说,难以胜任。某遥控器生产商的工程师解释说:“这是因为,摇动或旋转的输入方法是红外线所不可能实现的。”

      另外,当能够联网的PC开始进入客厅时,就必须使用鼠标及键盘这样的输入设备。为了避免在客厅中增加过多的电线,最好能采用无线输入设备。

      夏普公司在2007年春上市的“互联网AQUOS”产品结合了液晶电视和PC,它采用的RF遥控器具有可代替鼠标的触摸板,这样,就可以利用同一个遥控器来操作PC和电视。

      比红外线遥控器更加耐用

      RF遥控器的实用性得到进一步提高的另外一个理由是,无线收发器的性能有所改善。尤其是低功耗的收发器产品陆续上市,极大推动了RF遥控器的实用化进程。

      索尼公司的“置乐遥控器”中由于采用了低功耗的收发器,所以,其使用时间比以前的红外线遥控器更长。索尼公司BRAVIA系列的市场拓展业务负责人介绍说:“由于功耗降低,因此可将过去的2节5号电池改为2节7号电池。于是,整个遥控器变得很薄。即使这样,它的电池寿命还是达到了红外线遥控器的2倍左右。”

      RF遥控器的使用时间变长的主要原因是,射频收发器在待机时的消耗电流大约是以前的1/10,只有几mA。而且,在使用红外线遥控器时,为了将信号成功地发送出去,往往需要反复发送好几次,这正是耗电大的原因。

      此外,RF遥控器的电路是精心设计的,当按下遥控器按键时,就产生触发信号,使MCU或发送电路立即启动,并具有先进的低耗电模式,使用效果很好。除了低功耗技术外,延迟时间(从按下按钮到信号被电视接收所需的时间)的改善、以及可在全球通用的2.4GHz频段芯片的普及,都是推动RF遥控器进入实用化的动力(见图2)。

      

     

      图2 RF遥控器需要满足的条件

      可实现应答式遥控器

      利用没有指向性的双向RF遥控器,将有可能设计出红外线遥控器无法实现的新功能。

      索尼公司已经推出了放在餐桌上使用的“固定式遥控器”(见图3)。以前,老年人就有强烈的需求,希望使用放置在固定位置的遥控器。此外,还会有许多采用全新输入方法的遥控器出现。除了像任天堂公司的Wii遥控器那样内置加速度传感器的产品以外,还会有利用接触传感器或压力传感器的产品。

     

      图3 今后的RF遥控器

      具有应答功能的遥控器也会很快面世。这种遥控器利用了双向性的特点,可以由电视向遥控器发送信号,以确认遥控器的位置,这样可以更快找到被埋没于房间角落的遥控器。

      而且,在使用RF的情况下,将有可能在短距离内实现远优于红外线性能的高速数据通信。把数据广播的内容发送到遥控器中的应用也在考虑之中。或者,如果是集成了蓝牙功能的手机,也可以利用蓝牙无线功能,将手机当作遥控器使用。

      遥控器输入方法的改变,可能会影响电视或录像机等音/视频设备的功能。以苹果公司的iPhone为代表,现在的用户非常关心产品的用户接口。借引入RF遥控器的机会,电视和机顶盒的用户接口也可能会产生变化。

      需要降低元器件及材料成本

      但是,目前还不会发生RF遥控器迅速取代所有红外线遥控器的状况。首先会被取代的将是一部分高档电视中使用的多功能遥控器。最初,这些RF遥控器的发货量每年大约只有100万台。遥控器的全球市场规模约是5亿~6亿台,这部分最先采用的RF遥控器还不足1%。

      在RF遥控器发货量不大的情况下,RF收发器也难以依靠量产降低成本,所以,RF遥控器的元器件及材料成本将居高不下。据某遥控器生产厂商的工程师推测:“RF遥控器的元器件及材料成本暂时是多功能红外线遥控器的元器件及材料成本的2倍~3倍(见图4)。”

      

     

      图4 需要降低元器件及材料成本

      要使RF遥控器得到普及,关键在于怎样把采用射频收发器而增加的成本降下来。因此,半导体厂商将受到更多关注,他们需要提高收发器的集成度以削减外围元器件的数量,或将遥控器的控制器和射频收发器集成在一块芯片上。

      技术篇

      多种无线技术瞄准新市场802.15.4凭低功耗独占鳌头

      面向电视的RF遥控器市场本身是一个新市场,但是,有可能被RF遥控器采用的无线通信技术有好几种。预测认为,面向电视及DVD录像机的遥控器可能会成为巨大的市场,计划进入该市场的无线通信方式如图5所示。

      

     

      图5 进入RF遥控器领域的无线通信标准

      第一批进入候选的是2.4GHz频段的特定小功率无线通信以及315MHz频段的弱无线通信,它们是PC的无线鼠标或无线键盘可使用的技术。这些技术大多是少数芯片厂商的特有技术:在2.4GHz频段,有赛普拉斯半导体公司的WUSB技术和挪威Nordic半导体公司的无线通信技术;弱无线通信则是美国Integration Associates公司的技术标准。

      夏普公司的互联网AQUOS使用的RF遥控器采用了赛普拉斯半导体公司的无线技术。赛普拉斯半导体(日本)公司应用技术部主任落合武表示:“我们今后也打算积极进入面向电视的RF遥控器市场。”

      此外,在家庭游戏机的应用中,任天堂的Wii及索尼的PlayStation 3的遥控器采用的都是蓝牙技术。甚至,越来越多用于卡拉OK设备的RF遥控器也开始采用蓝牙或WLAN。

      索尼公司采用ZigBee标准

      但是,要想取代已经使用30年的红外线遥控器,RF遥控器在功耗及延迟时间等性能和成本方面还存在着严峻挑战(见图2)。在这几方面,现有无线技术中大部分都不能完全满足要求,在功能或性能上还存在不足。因此,大部分的无线通信技术都必须重新制定标准。

      第一个挑战是功耗。普通的红外线遥控器的电池寿命均长达半年~1年以上。对于许多近距离无线通信技术来说,很难达到或超过这么长的电池寿命。使用方法接近于RF遥控器的无线鼠标的目标电池寿命大致只有3个月。

      于是,本来不属于近距离无线通信的技术标准受到关注,这就是针对传感器网络以及楼宇/工厂的照明设备和空调管理而制定的ZigBee标准。ZigBee在当初制定技术标准时就规定电池需要确保工作1年~2年。并且,最近的ZigBee产品在使用休眠模式时的消耗电流很低,只有几mA(见表2)。某遥控器生产商表示:“有些产品在休眠模式下的消耗电流还不到1mA,比电池的泄漏电流还小。”

      

     

      表2 RF遥控器可利用的无线技术

      索尼公司在用于电视的RF遥控器中采用了符合IEEE 802.15.4标准(针对物理层和MAC层的ZigBee标准)的无线收发器。该公司表示,选用IEEE 802.15.4标准的理由之一,是能够延长遥控器的电池使用寿命。索尼公司解释说:“游戏机中采用蓝牙标准的遥控器需要比较频繁地更换电池。这对于偶尔使用的游戏机来说问题不大,但对于日常使用的电视机来说,就不太合适了。”

      免费的遥控器命令群

      除索尼公司以外,其它家电厂商对于IEEE 802.15.4标准也非常关注。在这样的背景下,一直在推动ZigBee标准的芯片及模块供应商,也都把采用ZigBee标准或IEEE 802.15.4标准的无线收发器转向RF遥控器市场(见表3)。尤其是飞思卡尔半导体公司在2006年中期又开发出RF遥控器的参考电路板,表示出进入新市场的积极态度。

      * 100日元约合6.8元人民币

      

     

      表3 RF遥控器中可采用的IEEE 802.15.4模块产品

      飞思卡尔半导体公司采用ZigBee标准的收发器芯片及SiP产品(将收发器芯片和MCU装在一个封装里)都可以直接用于RF遥控器。同时,公司针对ZigBee网络层以上的技术标准,又开发出独特的ECN(娱乐控制网络)协议,省略了ZigBee标准的网格型网络功能等。该协议库将免费向遥控器生产厂商提供。

      飞思卡尔半导体(日本)公司表示:“ECN中共有16000条命令,利用这些命令,即使那些没有通信专家的模块厂商或整机厂商也能简单地做出产品。”在这些命令中,既包含了电源的开/关以及音量的调节等基本命令,也包含了在使用RF遥控器操作家电时的配对指令等。仅是遥控器生产厂商的通用命令就有600条。

      就IEEE 802.15.4标准来说,其延迟时间及制造成本都可以满足遥控器所要求的条件。冲电气工业公司表示:“从休眠状态到空载状态的恢复时间不到20ms。从空载状态到发送状态所需要的时间,在IEEE 802.15.4标准中规定也不到几十ms。”无线模块及遥控器生产商日本SMK公司表示:“我们的模块的延迟时间是80ms,满足了遥控器所要求的小于100ms的条件。”在成本方面,因为收发器本身不需要重新开发,因此,可以通过量产降低成本。某模块生产厂商表示:“量产规模为1000个时,模块的单价为1500日元~3000日元。但当量产规模达到100万个时,单价就可以降低到500日元以下。”

      蓝牙也在向低功耗方向发展

      在ZigBee的IEEE 802.15.4标准受到关注的同时,蓝牙芯片供应商也在计划进入RF遥控器市场。但是,CSR(日本)公司销售业务董事深田学指出:“蓝牙标准用于遥控器时存在消耗电流和延迟时间的问题。”

      蓝牙耳麦在使用容量为100mAh~200mAh的普通电池时,待机状态下的使用时间只有100小时~200小时,连续通话时更缩短为4小时~10小时。因此,即使遥控器中使用了容量为1000mAh~2000mAh的5号电池,也难以维持半年~1年的使用时间。而且,消耗电流和延迟时间是互相制约的两个参数。尽管厂商可以通过低功耗设计来减小消耗电流,但结果将会导致延迟时间大幅增加,甚至出现过延迟时间达到几秒的实例。

      制定蓝牙标准的团体蓝牙SIG已经开始致力于解决这一问题。蓝牙SIG在2007年6月宣布,将诺基亚公司开发的超低功耗无线通信技术Wibree作为ULP(超低功耗)蓝牙标准予以采用。在2007年7月下旬,蓝牙SIG又正式制定出提前采用一部分ULP标准的蓝牙2.1+EDR标准。在蓝牙2.1+EDR中增加的功能,包括面向无线鼠标及无线键盘等HID(人机接口设备)的低功耗SSR(Sniff Subrating)功能,以及简单配对(Simple Pairings)功能等。

      在蓝牙2.1+EDR标准中,修改的不是物理层,而是MAC层的控制信号协议。蓝牙消耗电流大的原因,并不是在待机或发送时的消耗电流的绝对值特别大。蓝牙中深度休眠模式下的消耗电流只有10mA左右,和IEEE 802.15.4标准并没有太大差别(见图6)。

      

     

      图6 平均消耗电流取决于数据收发次数

      主要原因是,在以前的蓝牙标准中规定,即使在待机时,主单元为了同从单元进行连接确认,也需要频繁地向从单元发送各种用于控制的信息包(见图7)。当从单元接收到这些信息包时,都需要从深度休眠模式回到能够收发数据的有源模式。这样一来,在芯片中特意准备的低电流工作模式就无法发挥作用。

      

     

      图7 蓝牙标准也在大幅削减功耗

      新的蓝牙标准把用于连接确认的检测(POLL)包与其它的信息包明确区别开来,并规定从单元对POLL包以外的信息包可以保持深度休眠模式。据蓝牙SIG介绍,这样一来,消耗电流的平均值就会下降到以前的1/5以下。而且,延迟时间不会变长。

      另外,在ULP蓝牙标准中,物理层的技术规格也有变化。Nordic半导体公司开发的突发脉冲(shock burst)传输模式,以及代替以前的频率跳变技术的频率捷变(frequency agility)技术都被加入到标准之中。Nordic半导体公司的地区销售经理涩谷法久解释说:“采用频率捷变技术的电路的功耗,只有采用频率跳变技术时的1/4左右。再加上MAC层技术规格改变后的效果,ULP蓝牙的平均功耗将下降到以前的1/10以下。”

      开始开发下一代遥控器

      当采用这些新技术的产品推出后,电视的RF遥控器的接口仅仅是名字不同,在实质上,这些无线技术从功耗到频率捷变技术都相差无几。能否在这些产品中突现出不同,将主要依赖于其是否具有相互连接性,以及向下一代遥控器的扩展性和可发展性。

      所谓下一代遥控器,以电视使用的RF遥控器为例,就是用于控制立体声设备、手表、照明灯具、空调、门口的监视摄像头或警报器等家庭安全设备和医疗设备的遥控器。可以说,遥控器可以实现整个家庭的自动控制。ZigBee和蓝牙两个阵营都正在制定关于下一代遥控器的通信标准(见表4)。

      

     

      表4 蓝牙和ZigBee正在制定的新的规范

      ZigBee标准阵营推动这种家庭自动化控制的原因在于,在单纯的RF遥控器中,网格型网络等功能不能发挥作用。而且,由于要和红外线遥控器竞争,因此会面临必须低价销售的危机。ZigBee SIG日本常务理事、OTSL董事长兼CEO波多野祥二指出:“如果RF遥控器仅仅是用来取代以前的红外线遥控器,那并不会产生真正的附加价值。只有在应用到各种不同设备协同工作的家庭自动化控制平台上以后,采用ZigBee的意义才会显现出来。”在IEEE 802.15.4模块的网络层以上采用了ZigBee标准的英国Jennic公司和M2M(日本)公司,也大体同意上述意见。

      但是,ZigBee的问题是尚未充分确立相互连接性。在目前看来,ZigBee在确保相互连接性方面需要花费的成本不多,可以算是ZigBee的优势。因为某些应用只需要在同一厂商的产品之间确保1对1的连接就可以满足要求(如遥控器和电视等各种音/视频设备之间的连接),在这些应用中,这种优势很有效。

      但是,当需要在家庭中让各种不同厂商的设备通过无线方式进行协调操作与控制时,确保相互连接性就成为前提条件。因此,如果大家都开始追求确保相互连接性的话,ZigBee标准就会失去目前所拥有的这种优势。为了确保相互连接性,ZigBee阵营已提出了采用规范认证手续的构想,但并没有制定出具体的内容以及开始的时间。某ZigBee芯片厂商指出:“最好不是由ZigBee厂商来制定标准,而是由家电厂商来带头进行标准制定工作。”

      另一方面,CSR(日本)公司的深田学表示:“蓝牙阵营以全球市场蓝牙安装率达50%的手机为中心,已经准备好了可以用来连接各种不同终端的环境。如果使用手机作为遥控器,只要把无线模块集成入连接方的终端就可以了,而且封装成本也可以降低。”即使如此,在采用新的规范时,用于确保相互连接性的成本及时间也是需要设法解决的问题。

      未来,RF遥控器是仅仅取代红外线遥控器还是更有前途,将取决于这些无线通信技术的发展程度。

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