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

Описание принципов работы ASH-трансвера фирмы RFM и приемы кодирования данных в радиоканале

    Принцип действия
    Уникальный набор свойств ASH-трансивера реализован благодаря его архитектуре. Сердце трансивера – модуль приемника последовательного усиления, который обеспечивает 90 дБ устойчивого усиления без каких-либо защитных или развязывающих устройств. Устойчивость достигается распределением полного радиочастотного усиления во времени. Это отличает его от супергетеродинного приемника, у которого стабильность достигается распределением полного радиочастотного усиления на разные частоты.


Рисунок 1.


    Рисунок 1 показывает упрощенную блочную структуру и временные циклы приемника последовательного усиления. Обратим внимание на то, что радиочастотные усилители RFA1 и RFA2 независимо контролируются генератором импульсов и связаны между собой через линию задержки поверхности акустической волны (SAW), которая задерживает сигнал на 0,5 мкс. Входящий радиосигнал в начале фильтруется узкополосным SAW фильтром, затем поступает в RFA1. Генератор импульсов включает RFA1 на 0,5 мкс. Усиленный сигнал из RFA1 появляется на выходе линии задержки SAW (на входе RFA2). Теперь RFA1 выключается, и включается RFA2 на 0,55 мкс, продолжая усиливать радиосигнал. Время работы RFA2 в 1,1 раз больше времени работы RFA1, так как эффект фильтрации линии задержки SAW растягивает импульс сигнала с RFA1. Как показано на временной диаграмме, RFA1 и RFA2 никогда не бывают включены в одно и тоже время, обеспечивая превосходную стабильность приемника. Узкополосный фильтр SAW устраняет боковую полосу, находящуюся за полосой пропускания приемника, фильтр SAW и линия задержки действуют вместе, чтобы обеспечить очень высокое основное отклонение приемника.

    Работа приемника последовательного усиления имеет несколько интересных характеристик, которые могут быть использованы в разработке системы. Радиочастотные усилители в приемнике можно включать и выключать почти моментально, поэтому переключения в режим пониженного энергопотребления и обратно занимают очень мало времени. Также, оба усилителя могут быть выключены между командами включения для trade_off рисунок шума приемника для меньшего энергопотребления.

    Порт антенны
    Единственные внешние радиочастотные элементы, необходимые трансиверу, это антенна и элементы согласования. Антенна сопротивлением в диапазоне от 35 до 72 Ом может быть согласована с выводом RFIO последовательной индуктивностью, и параллельной согласующей и защищающей от статики индуктивностью. Другие сопротивления антенны могут быть согласованы использованием двух или трех компонентов. Для некоторых сопротивлений, потребуется конденсатор и две катушки.

    Модуль приемника
    Радиочастотный фильтр SAW имеет номинальные входные потери 3,5 дБ, ширину 3 дБ полосы 600 Кгц, основное отклонение (ultimate rejection) 55 дБ. Выход фильтра SAW управляет усилителем RFA1. Этот усилитель включает устройства для определения начала насыщения (Установка AGC), и для выбора между усилением на 35 дБ и усилением на 5 дБ (Выбор Усиления). Установка AGC – это вход в блок управления AGC, а Выбор Усиления – это выход блока AGC. Сигналы управления включением/выключением усилителей RFA1 и RFA2 генерируются Генератором Импульсов и блоком RF Amp Bias. Выход RFA1 управляет линией задержки SAW, которая имеет номинальную задержку 0,5 мкс, входные потери 6 дБ, и ultimate rejection 50 дБ.


Рисунок 2.


    Требования к питанию
    VCC1 (вывод 2) – это вывод положительного напряжения питания выходного усилителя и низкочастотной части приемника. Вывод 2 должен быть подключен к питанию через ферритовое кольцо для развязки по радиочастоте. VCC2 (вывод 16) – это вывод питания радиочастотной части приемника и генератора передатчика. Вывод 16 должен фильтроваться конденсатором, и отделен от источника питания резистором 100 Ом. Также VCC2 должен быть сглажен танталовым конденсатором на 10 мкФ. Рабочее напряжение питания находится в диапазоне от 2.7 до 3.5 В. Амплитуда нестабильности напряжения питания должна быть не более 10 мВ. Если в устройстве используется только приемник, требования к развязке в цепи питания могут быть мягче.

    Пониженное напряжение питания
    ASH-трансивер может работать при низкой скорости передачи данных за рамками ограничений температурного диапазона (от _10 до +85? C) с пониженным до 2.5 В напряжением питания. Работа генератора импульсов ограничена установкой низкой скорости обмена данными. Максимальная рекомендуемая скорость обмена при пониженном напряжении питания 9600 бит/с (минимальная ширина импульса 104 мкс).

    Радиочастотный ввод/вывод
    Вывод 20 (RFIO) является контактом радиочастотного ввода/вывода трансивера. Вывод соединен напрямик с transducer входа синусоидального фильтра, который должен быть согласован с сопротивлением антенны для нормальной работы трансивера.

    Согласование с антенной
    Согласование входного волнового сопротивления трансивера с 50 Омами выполняется подключением последовательной и параллельной со стороны антенны индуктивностей. Значения индуктивностей для согласования на различных частотах перечислены в таблице. Однако во многих приложениях используется не 50-омная антенна. Чтобы решить эту задачу, в первую очередь необходимо измерить входное сопротивление антенны, используя network analyzer (анализатор сети). Затем определить наилучшее соответствие сети для настройки сопротивления антенны на приблизительно 50 Ом. И, наконец, совместить катушки 50-Омного согласования на входе трансивера со схемой согласования антенны, чтобы минимизировать количество компонентов.


Значение индуктивностей согласования в ASH-трансивере для антены 50 Ом.


    Модуляция передатчика
    Блок передатчика состоит из генератора SAW линии задержки, продолженного модулируемого буферного усилителя. Синусоидальный фильтр подавляет гармоники передатчика. Приметим, что некоторые синусоидальные элементы, используемые приемником, также используются и при передаче. Работа передатчика поддерживает два формата модуляции, on_off keyed (OOK) modulation – модуляция включением_выключением, amplitude_shift keyed (ASK) modulation – модуляция изменением амплитуды. Когда выбрана модуляция OOK, выход передатчика полностью отключается между передачей импульсов “1”. Если используется ASK-модуляция, импульс “1” дает большую мощность передаваемого сигнала, а “0” – меньшую. OOK-модуляция обеспечивает совместимость с ASH-технологией первого поколения, а также более экономична в потреблении энергии. ASK- модуляция используется для больших скоростей передачи данных (импульсы данных меньше 30 мкс). Также ASK_модуляция ослабляет некоторые типы помех и позволяет передаваемым импульсам иметь нестандартную форму для управления шириной полосы пропускания.

    Формат модуляции выбирается с помощью выводов управления режимом CNTRL0 и CNTRL1. Когда выбран один из форматов, радиочастотные усилители приемника отключаются. В режиме OOK усилитель генератора линии задержки TXA1 и выходной буферный усилитель TXA2 выключаются, когда напряжение на входе TXMOD падает ниже 220 мВ. В режиме OOK скорость передачи данных ограничена временами включения и выключения генератора линии задержки, которые составляют 12 и 6 мкс соответственно. В режиме ASK-модуляции TXA1 всегда включен, а TXA2 модулируется входом TXMOD.

    Выбор OOK/ASK
    Модуляция включением-выключением (OOK) должна быть выбрана, если требуется совместимость с передатчиками HX-серии и приемниками RX-серии. Также OOK-модуляция экономичнее в режиме передачи. Этот тип модуляции можно использовать, если минимальная ширина импульса в передаваемом сигнале не менее 30 мкс.

    Модуляция изменением амплитуды (ASK) используется, когда минимальная ширина импульса в передаваемом сигнале меньше 30 мкс (не менее 8.7 мкс). Также ASK_модуляция должна быть использована, если передаваемый сигнал был искажен для управления спектром полосы пропускания и/или необходима специфическая модуляция.

    Регулировка максимальной мощности выходного сигнала.

    Выходная мощность передатчика пропорциональна входному току на TXMOD (вывод 8), как показано на рисунке 2.9.2.1. Последовательный резистор используется для регулировки максимальной выходной мощности передатчика. Максимальная насыщенность выходной мощности требует от 300 до 450 мкА входного тока. В режиме ASK, минимальная выходная мощность имеет место, когда управляющий ток падает до 10 мкА. Рисунок 2.9.2.2 показывает зависимость между VTXM и ITXM. Для TR1000, максимальная выходная мощность передатчика PO для питания 3 В. будет примерно следующей: PO = 4.8.(ITXM)2, где PO в мВт, а максимальный ток модуляции ITXM в мА. Рекомендуется использовать +_5% сопротивление. Начальное значение сопротивления для приложений (FCC Часть 15.249) равно 8.2 К, но может изменяться в зависимости от усиления используемой антенны. Максимальная выходная мощность передатчика изменяется с напряжением питания. Устройства, работающие от батареек должны быть приспособлены для максимальной выходной мощности при использовании “свежих” батареек для гарантии соответствия правилам (regulatory compliance). В системах, которые должны обеспечить максимальное рабочее расстояние на протяжении всего срока службы батареек, должна использоваться стабилизация напряжения питания.

    Рабочие расстояния
    Рабочие расстояния маломощных беспроводных систем зависят от мощности передатчика, чувствительности приемника, выбора антенны, кодирования данных, скорости передачи данных, требований на количество ошибок, используемого протокола связи, используемого уровня скважности, необходимой границы затухания (fading margin), и особенно, среды распространения радиоволн.

    Типичные рабочие расстояния на 916.5 МГц для разных скоростей передачи данных, с кодированием байта в 12_битный символ и границей затухания (fademargin) 20 дБ.



    Примечания:
    При скоростях передачи данных 2.4 и 19.2 Кбит/с используется OOK_модуляция, ширина полосы пропускания фильтра равна 2.5*скорость передачи данных.

    При скоростях передачи данных 57.6 и 115.2 Кбит/с используется ASK-модуляция, ширина по_лосы пропускания фильтра равна 1.0*скорость передачи данных.

    Мощность передатчика ограничена в соответствии с FCC 15.249.

    Кодирование данных для передачи по радио Кодирование данных добавляет потоку характеристики, необходимые для эффективной радиопередачи. Как минимум, кодирование должно обеспечивать развязку передаваемого сигнала по постоянной составляющей. Это сильно упрощает конструкцию радиосистемы и способствует улучшению ее характеристик. Техника кодирования также должна обеспечивать регулярные изменения в передаваемом сигнале, которые облегчают синхронизацию, и эффективное восстановление данных в приемной части системы.

    Радиопередачи должны быть ограничены по ширине полосы пропускания, так как сила шумов добавленная после радиопередачи пропорциональна ширине полосы пропускания приемника. Ширина полосы, необходимая для передачи потока данных, зависит от скорости передачи данных и от того, как они закодированы. Рисунок 1.4.3.1 показывает три схемы кодировки для одного бита. Заметьте, что хотя скорость передачи данных одинаковая во всех случаях, минимальная ширина импульса в кодируемых сигналах расходится в 3 раза. Минимальная ширина полосы пропускания, которая может быть использована в приемнике, зависит от минимальной ширины импульса в потоке кодируемых данных, а не от скорости передачи данных. Примите к сведению, что кодирование не ограничивается уровнем одного бита, оно может быть реализовано на уровне слов (битовых последовательностей), например байтов. Кодирование битов можно рассматривать как технический прием. Кодирование слов часто называют символьным преобразованием.



    Характеристики радиосистемы зависят от того, насколько хорошо схема кодирования данных развязывает сигнал по постоянной составляющей. Схема кодирования должна сглаживать постоянную составляющую сигнала. Это означает, что закодированный сигнал 50% от всего времени имеет значение “1”, а остальные 50% – значение “0”. Схема кодирования должна также ограничивать длину битовых последовательностей, в которых допускается вывод сплошной единицы (или нуля). Длина не изменяющейся битовой последовательности определяется максимальной длительностью импульса, который может встретиться в передаваемом сигнале.

    Как показано на рисунках, обработка приемной частью переданного сигнала зависит только от минимальной и максимальной длительности импульсов в сигнале, и не зависит от содержимого закодированных данных.



    Общие качества любой системы передачи данных по радио (включая ASH_трансивер) и оптимальная настройка системы зависят от гладкости постоянной составляющей сигнала, длины не изменяющейся битовой последовательности, и уровня порога компаратора.

    ASH-трансивер развязан по постоянному току между выходом base-band (вывод 5) и входом компаратора (вывод 6) приемника. Поэтому принимаемый поток данных должен быть кодирован или модулирован с хорошим сглаживанием постоянной составляющей.

    Сглаживание постоянной составляющей сигнала можно обеспечить целым рядом способов. Два самых популярных приема – это код Манчестера и символьное преобразование. Манчестерский код получается преобразованием бита “1” последовательность “10”, и преобразованием нуля в «01». Этот способ кодирования очень надежен, но удваивает количество импульсов, необходимых для передачи данных.

    Другой популярный способ – это преобразование байта в 12-битный символ, где каждый байт (8 бит) данных кодируется 12_ю битами, из которых 6 бит всегда равны “1”, а остальные 6 – нулю. Эта схема кодирования также надежна, как и Манчестерский код, однако количество импульсов больше количества передаваемых битов всего на 50%. Преобразование осуществляется с помощью таблиц. Каждому из 16 четырехбитных чисел соответствует шестибитное число в таблице.

    Необходимость ограничивать число повторяющихся единиц или нулей в передаваемом сигнале тесно связанна с необходимостью балансирования постоянной составляющей сигнала. Заметим, что Манчестерское кодирование работает великолепно, ограничивая длину не изменяющегося сигнала до 2-х импульсов (размер одного бита). Использование техники преобразования байта в 12_битный символ позволяет ограничить длину не изменяющегося сигнала четырьмя битами, что также достаточно хорошо.


Вернуться назад


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