English       Регистрация   |  
 Вход для клиентов   
По складу     По сайту
  Например: PIC12F629
Тел./факс: + 38 056 745-46-65
+ 38 044 494-35-72
   
Главная - Публикации - Публикации rfm

Невидимые нити

    Можно долго спорить о том, кто изобрел радиосвязь: Попов или Маркони. Но само воз-никновение такой идеи и ее воплощение, несомненно, перевернул весь мир. Тогда, в дале-ком 1895 году никто и не подозревал, что через каких-то сто лет жизнь без радиосвязи бу-дет в принципе невозможна. Радиосигналы нас окружают повсюду: сотовые телефоны, радиостанции, охранные системы, навигация, SkyLink со своим быстрым беспроводным интернетом, наконец. А эта статья предназначена в первую очередь для тех, кто хочет сам стать источником радиоволн. Что бы Вы не делали, чем бы не занимались, но беспро-водной интерфейс полезен всегда, особенно с учетом того, что в настоящее время появля-ется все больше и больше интересных и недорогих решений беспроводного канала. Фирма Chipcon занимается производством микросхемы для беспроводных систем, причем не простых, а многоканальных и с множественным доступом. Это ее основное и единствен-ное направление. Об этой фирме и пойдет речь в данной статье.

    1. CC400 и CC900

    Наиболее простое решение построения беспроводного канала, наверное, выглядело бы так: возьмите приемник, передатчик, модулятор, демодулятор, залейте это все в один кор-пус – и все. Именно так и поступил Chipcon, когда выпустил свои самые первые и самые простые микросхемы СС400 и СС900. По сути, эти микросхемы абсолютно идентичны, поэтому все, что будет написано для СС400, относится и к СС900. Единственное отличие микросхем - их рабочий диапазон: для СС400 – это диапазон 400 МГц, а для СС900 – 900 МГц. Блок-схема микросхемы СС400 приведена на рисунке 1.

Рис. 1


    В режиме приема, микросхема работает как обычный гетеродинный приемник. Прини-маемый на радиочастотном входе (RF_IN) сигнал, усиливается малошумящим усилителем (LNA), а затем мультиплексором переносится на промежуточную частоту. На этой частоте сигнал фильтруется, демодулируется и дальше выделяется полезный сигнал. В режиме передачи все еще проще: генератор, модулятор, выходной фильтр - и через антенну на свободу. Микросхемы CC400 и СС900 имеют следующие технические характеристики:
        · Одночиповый радиочастотный премопередатчик
        · Диапазон частот 300-500 МГц или 800-1000 МГц
        · Высокая чувствительность по входу ( 110 дБм)
        · Программирование выходной мощности
        · Требуется малое количество внешних компонентов
        · FSK-модуляция со скоростью передачи данных до 9.6 Кбит/сек
        · Программируемый шаг частоты 250 Гц, что позволяет производить коррек-цию частоты при ее температурном смещении

    Микросхемы СС400 и СС900 выпускаются уже очень давно, поэтому для них есть суще-ственное количество наработок и примеров использования. Естественно, доступен и отла-дочный кит, позволяющий реализовать все возможности микросхемы.

    2. CC1000

    Не всегда бывает необходимо иметь радиочастотную систему с большим радиусом по-крытия. Иногда достаточно не более десяти метров, и при этом хочется, чтобы система была очень экономичной, компактной, легко меняла бы свои настройки, а если и диапазон частот у нее будет широкий, то лучшее придумать вообще вряд ли можно. Вот по такому пути и пошел Chipcon , выпустив микросхему СС1000.
    По сути дела, эта микросхема представляет собой микросхемы СС400 и СС900 совмещен-ные в одном корпусе, уменьшенную выходную мощность и последовательный интерфейс для программирования. В остальном, как по структуре, так и по устройству она ничем не отличается от вышеописанных микросхем. На рисунке 2 показана типовая схема включе-ния СС1000, которую можно также отнести и СС400 и СС900.

Рис. 2


    Как видно из рисунка, внешних компонентов, необходимых для включения микросхемы действительно не так много. Очень большое значение имеет то, что радиочастотные вы-ход и вход микросхемы более-менее согласованы на 50-омную нагрузку. Почему более-менее, да потому, что в огромной полосе, в которой работает СС1000 согласовать на 50 Ом физически невозможно, но максимально приблизить на высшей или низшей частоте диапазона вполне реально. А дальше нужно просто менять значения емкостей и индук-тивностей в настроечных цепях. Опциональный LC-фильтр изображен на рисунке для то-го, чтобы имелась бы возможность подключать к микросхеме не только 50-Омный моно-поль, но и другие типы антенн. Управляется микросхема с помощью простейшего 8-разрядного микроконтроллера по последовательному порту.

    3. CC1010 – микроконтроллер и приемопередатчик

    Вообще, на современном радиоэлектронном рынке наибольший интерес представляют со-бой, так называемые, системы-в-чипе. Они представляют из себя следующее: микрокон-троллер, периферия и специальная микросхема, заключенные в один корпус. Фирма Chip-con, естественно, не могла остаться в стороне и выпустила первую систему-в-чипе под на-званием СС1010. На рисунке 3 приведена блок-схема СС1010.
    Конечно же, о такой микросхеме надо писать отдельную статью, поэтому описана она бу-дет вкратце. Обычно 51-ое ядро всем знакомо: аккумуляторная структура, 12 тактов на команду, небольшая производительность. Если б это было так, то Chipcon не выбрал бы для своей системы-в-чипе такой контроллер. 51-ое ядро от Chipcon имеет, безусловно, аккумуляторную структуру, но при этом его производительность составляет 4 такта на команду и это при 24 МГц тактовой частоты. Низкое энергопотребление микросхемы обу-словлено пониженным напряжением питания и передовой технологией изготовления са-мого кристалла. 51-ый в исполнении Chipcon’а имеет 2 Кбайт встроенной ОЗУ (обраща-емся к ней, естественно, через DPTR), а также 32 Кбайт быстрой Flash-памяти, которую можно программировать по SPI-интерфейсу. Из интерфейсов можно отметить встроенный SPI, два UART’а, порты стандартного 52-ого процессора, а из периферии - 3-канальный 10-разрядный АЦП, множество таймеров (в т.ч. и сторожевой), система сброса по пита-нию и многое другое. Как видно, даже если отбросить радиочастотную часть, эту микро-схему можно будет использовать как обычный 51-ый контроллер с улучшенными воз-можностями и повышенной производительностью.
    Второй частью микросхемы является радиочастотная часть, которая и является основной достопримечательностью микросхемы. Отличия от предыдущих описанных микросхем небольшие: здесь присутствует модем и сдвиговый регистр с кодеком. Зачем нужен модем – понятно. На приеме он демодулирует сигнал с промежуточной частоты приемника и вы-деляет из него полезные нули и единицы. На передающей стороне все происходит с точ-ностью до наоборот: нули и единицы модулируются, а затем отправляются в радиоканал. Кодек нужен для того, чтобы из обычных последовательных уровней напряжения сделать FSK-сигнал и наоборот. Данные для передачи в радиоканал записываются в специальный регистр при помощи команды обращения к внешнему адресу. После того, как данные в регистр записаны, регистр сдвига делает из этих данных последовательный поток, кото-рый затем идет в кодек. Есть также режим работы радиочастотной части, когда данные передаются не из специального регистра, а прямо из UART’а, что в некоторых случаях серьезно упрощает задачу.
    Схема включения радиочастнотной части ничем не отличается от схемы включения пре-дыдущих микросхем. На основании этого краткого описания становится понятно, что микросхема СС1010 может представлять из себя полноценное одночиповое решение большого класса задач. Рекомендуемые применения со стороны производителя микросхе-мы довольно разнообразны: маломощные интеллектуальные приемопередающие устрой-ства в диапазоне от 300 до 1000 МГц, домашняя электроника и системы безопасности, система автоматического считывания измерительных устройств, системы контроля уда-ленного доступа, маломощные устройства телеметрии, игрушки.

Рис. 3


    В заключении отметим, что на самом деле, микросхема СС1010 является ни чем иным, как микросхемой СС1000 с добавлением быстрого микроконтроллера 51-ого семейства.

    4. СС1020 и СС1021

    Микросхемы СС1020 и СС1021, безусловно, являются наиболее популярными микросхе-мами фирмы Chipcon. Представляют они из себя трансиверы на два самых распростра-ненных диапазона: 402-470 МГц и 804-940 МГц. Ядро у них такое же, как и у СС1000, т.е. ориентация на маломощное применение, но с той особенностью, что ширина каналов у них очень небольшая.
    Начнем с микросхемы СС1020. Микросхема ориентирована на применение в устройствах, где не требуется высокая скорость передачи данных. Дело в том, что ширина канала у этой микросхемы всего 12.5 КГц! Согласитесь, что для частот в сотни мегагерц это просто шедевр! В процессе эксплуатации устройств, на основе этой микросхемы выяснилось, что в условиях больших перепадов температуры, очень сложно настроить приемник и пере-датчик на одну и ту же частоту, вследствие ее температурного ухода. Поэтому вслед за ней была выпущена микросхема СС1021 с шириной канала 50 КГц, что существенно рас-ширило сферу применения этих микросхем. Структурная схема показана на рисунке 4.

Рис. 4


    Принятый радиочастотный сигнал усиливается двумя малошумящими усилителями (LNA и LNA2) и в квадратуре переносится на промежуточную частоту. На промежуточной час-тоте сигнал комплексно фильтруется, усиливается, а затем оцифровывается с помощью АЦП. Автоматический контроль уровня мощности, фильтрация каналов, демодуляция и синхронизация битов производится на цифровом уровне. В режиме передачи, синтезиро-ванная радиочастота подается прямо на усилитель мощности, а затем к ней применяется частотная манипуляция в зависимости от потока передаваемой нами информации. Если требуется получить Гауссову манипуляцию, то можно использовать Гауссовый фильтр. Для конфигурации чипа используется SPI-интерфейс.
    Микросхемы находят широкое применение в следующих областях: узкополосные мало-мощные приемопередающие устройства с маленькой шириной канала, устройства считы-вания информации с измерительных блоков, беспроводные охранные системы, маломощ-ная телеметрия.

    5. СС1050 и СС1070

    Микросхемы СС1050 и СС1070 представляют собой приемопередатчик и передатчик со-ответственно на частотах от 300 до 1000 МГц. По сути своей СС1050 ничем не отличается от СС1000, разве что построена по более совершенной технологии и имеет возможность передавать данные с большей скоростью, а именно до 76.8 Кбит/сек. Еще одной интерес-ной особенностью микросхемы является шаг частоты, с которым происходит ее пере-стройка. Шаг этот составляет 250 Гц, что позволяет производить тончайшую коррекцию частоты в случае ее ухода в зависимости от внешних воздействий. Микросхема СС1070 ориентирована на применение в устройствах передачи информации, например, в меди-цинских приборах, а СС1050 применяется там же где и СС1000, только стоит дешевле и потребляет меньше энергии.

    6. СС2400

    Chipcon, естественно, не мог обойти столь популярную в последнее время частоту 2.4 ГГц. Микросхема СС2400 является обычным приемопередатчиком на частоте 2.4 ГГц. Ни с какими Buetooth и прочими связи нет. Идея этой микросхемы примерно следую-щая. Что надо, чтобы быстро построить беспроводной интерфейс с хорошей скоро-стью передачи данных, при этом, не обременив себя никакими правилами и стандар-тами, не влезая в протоколы обмена и затратив одну батарейку в год? Ответ такой: сделайте простейший приемопередатчик на высокую частоту, чтобы можно было 1 МГц на канал, не задумываясь, отдать, плюс современная технология, обеспечиваю-щая низкое энергопотребление. Всем этим требованиях удовлетворяет микросхема СС2400.
    Структурная схема у нее точно такая же, как и у СС1020, поэтому нет смысла ее помещать второй раз. Основное применения СС2400 находит там, где требуется высокое качество передаваемой информации и скорость. Такими системами, например, могут являться бес-проводные наушники или джойстики для игровых приставок. Понятно, что сразу же на-прашивается вопрос: есть же Bluetooth? Отвечу: Bluetooth полезная вещь, если и на дру-гом конце стоит Bluetooth, а в случае наушников, например, такого практически не быва-ет.Поэтому проектировать такую систему на “чистой” микросхеме приемопередатчика значительно проще. Ну а почему выбран именно этот диапазон? А потому, что он открыт во всем мире, а значит, устройства на основе этой микросхемы могут быть использованы везде.

    7. СС2420

    Что такое ZigBee? Ассоциация обычно одна: это то же самое, что и Bluetooth, только бо-лее новое. Это не так. Есть как минимум три отличия ZigBee от Bluetooth: во-первых, это энергопотребление систем. ZigBee это статическая сеть на небольшое расстояние, в то время как Bluetooth подразумевает динамику. Во вторых, ZigBee имеет свой стек протоко-лов для организации сети высокого уровня с пакетной передачей данных; Bluetooth такой возможности не предоставляет. В-третьих, ZigBee организован по сотовому принципу, а Bluetooth – это веешь в себе.
    Сотовый принцип организации ZigBee подразумевает следующее. В ZigBee-сети распола-гается некоторое количество сетевых концентраторов, каждый из которых обслуживает свой радиус. Каждый такой концентратор может поддерживать связь одновременно с не-которым количеством устройств, и при этом связываться с группой соседних концентра-торов. Таким образом, если мы имеет статическую сеть, то в ней могут без проблем рабо-тать большое количество устройств, которые будут обмениваться друг с другом посредст-вом сетевых концентраторов. Следует также отметить, что ZigBee это тоже 2.4 ГГц, а по-этому скорость передачи будет очень приличной.
    Микросхема СС2420 является приемопередатчиком для стандарта ZigBee, и ориентирова-на для применения в системах контроля реального времени, системах управления датчи-ками и сенсорами, а также в беспроводных системах передачи высококачественного звука и видео. Вот основные параметры микросхемы СС2420:
        · IEEE 802.15.4-совместимый трансивер со встроенным модемом и поддержкой MAC-адресации.
        · DSSS станционный модем с эффективной скоростью передачи 2 Мфреймов/сек и 250Кбит/сек.
        · Годится для использования как в RFD, так и в FFD – режимах
        · Низкое энергопотребление (RX: 19.7 мА, TX: 17.4 мА)
        · Низкое напряжение питания, встроенный регулятор напряжения
        · Программируемый уровень выходной мощности
        · Не требуется внешнего RF-ключа и фильтра
        · Малое количество внешних компонентов
        · 128 байтный буфер данных на приемной и передающей стороне
        · Поддержка цифровых RSSI/LQI
        · Монитор батареи
        · Удобный корпус QLP-48

    Структура этого приемопередатчика очень похожа на СС2400, поэтому рассказывать о ней нет смысла. Стек протоколов ZigBee полностью готов у фирмы Chipcon и у фирмы Microchip, поэтому, если требуется производить некоторое стандартное беспроводное ре-шение, то можно смело останавливать свой выбор на ZigBee и микросхеме СС2420.

    8. СС2500 и СС2550

    Наконец, продукты, планируемые к серийному производству фирмой Chipcon. СС2500 и СС2550 являются приемопередатчиком и передатчиком соответственно для частоты 2.4 ГГц. Эти две микросхемы отличаются от СС2400 тем, что они построены по технологии 0.18 микрон, а значит, что они дешевле и потребляют меньше энергии. Вот некоторые ха-рактеристики микросхемы СС2500.
        · Одночиповое решение для диапазона 2.4 ГГц
        · Высокая чувствительность (до 100 дБм на 10 Кбит/с)
        · Программируемая скорость передачи (до 500 Кбит/с)
        · Малое энергопотребление
        · Программируемый встроенный модем
        · Встроенный быстрый синтезатор частоты
        · Встроенный корректор ошибок передачи
    Эти микросхемы являются идеальным выбором для построения систем множественного доступа, где требуется высокая надежность передачи данных вместе с гибкостью и скоро-стью, а основное применение эти микросхему найдут в беспроводной гарнитуре (мышь, клавиатура), системах передачи голоса (наушники) и системах контроля реального време-ни.

    9. Заключение

    В заключении полезно отметить, что для всех микросхем, выпускаемых фирмой Chipcon, имеются специализированные отладочные наборы, которые позволяют полностью ис-пользовать возможности микросхемы. А для программирования есть специальный пакет под названием “SmartRF Studio”, разработанный для облегчения конфигурирования чипов.

Вернуться назад


Поиск электронных компонентов по складам поставщиков России и СНГ. МЕТА - Украина