Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №2

Приемопередатчики норвежской компании Chipcon

Орлов Сергей


В настоящее время большим спросом пользуются системы управления различными устройствами и технологическими процессами по радиоканалу. Беспроводные технологии позволяют в короткие сроки развернуть сеть и уменьшить стоимость системы в целом. Ряд компаний: RFM, Infineon, Nordic, Xemics, Atmel выпускают радиочастотные приемопередатчики для построения локальных сетей. Среди разработчиков и производителей одно из лидирующих мест принадлежит норвежской компании Chipcon.

Вспектре продукции компании Chipcon есть про стые трансиверы на фиксированные частоты, а также микросхемы с синтезатором, которые позволяют изменять рабочую частоту или органи зовать передачу со скачками частоты. Конечно, дан ные можно передавать в рамках любой из существу ющих беспроводных систем, но стоимость таких ус луг существенно зависит от стоимости самой системы и услуг, предоставляемых службой. На рис. 1 по оси Y отложена условная стоимость передачи дан ных, а по оси Х— скорость передачи. Понятно, что для передачи сравнительно низкоскоростных теле метрических потоков использовать сети третьего по коления нерентабельно.

Рис. 1

Для организации корпоративных локальных се тей в ряде стран выделены диапазоны частот, для которых не требуется лицензирование при условии, что мощность передающих устройств не превосхо дит единиц мВт. В России это 433,92 МГц (полоса 1,7 МГц), в Европе — 868–870 МГц, в США — 260–470, 902–928 МГц, а также 2,4 ГГц Bluetootch — во всем мире.

Основные применения:

1—интеллектуальное здание;
2—промышленный контроль и считывание информации с датчиков;
3—удаленная телеметрия;
4—системы безопасности.

В таблицах 1–3 приведен перечень микро схем, предлагаемых компанией Chipcon.

Таблица 1. Микросхемы Chipcon в диапазоне до 1 ГГц
Микросхемы Chipcon в диапазоне до 1 ГГц
Таблица 2. Микросхемы Chipcon в диапазоне до 1 ГГц
Микросхемы Chipcon в диапазоне до 1 ГГц
Таблица 3. Микросхемы Chipcon для диапазона 2,4 ГГц
Микросхемы Chipcon для диапазона 2,4 ГГц

Микросхемы Chipcon выполнены по суб микронной КМОП-технологии. Такое реше ние обеспечивает невысокую стоимость изде лия, высокую интеграцию на кристалле, хоро шие параметры на высокой частоте

Построение сетей в ISM-диапазонах имеет следующие преимущества: меньшее потреб ление по сравнению с работой на более высо ких частотах (определяется физикой транзи сторов), большие расстояния уверенной ра диосвязи (меньше рассеяние радиоволн, меньше потери в эфире и антенно-фидерном тракте, больше влияние дифракции и, следо вательно, возможна радиосвязь вне прямой видимости), отсутствие интерференции с Bluetooth. В то же время работа в диапазонах ниже 1 ГГц имеет свои недостатки: одно и то же устройство не может работать в различных странах из-за частотного регулирования в раз ных государствах.

Построение корпоративной сети в диапазо не 2,4 ГГц имеет свои преимущества: этот ди апазон выделен во всех странах. Полоса выде ленных частот (83,5 МГц) значительно шире, чем в диапазонах ниже 1 ГГц. Недостатками этого диапазона являются большее потребле ние электроэнергии, интерференция с други ми устройствами, работающими в микровол новом диапазоне, в том числе с Bluetooth.

Для приложений, перечисленных выше, при менимы следующие требования, отличающие их от WLAN:

  1. чаще всего батарейное питание и, как след ствие, требуется очень низкое потребление тока;
  2. небольшая цена за один модуль, поскольку их, как правило, много;
  3. протоколы передачи данных должны быть не слишком сложными, так чтобы можно было использовать недорогой и экономич ный 8-битный микроконтроллер;
  4. типичные расстояния 10–100 метров
  5. .

В Bluetooth используется очень сложный протокол, типичный терминал в режиме уста новления соединения потребляет около 150 мА (100 в режиме CONNECT), расстояние обыч но не превышает 10 м. В силу вышеуказанных причин технология Bluetooth оказывается не эффективной для сбора данных и непримени мой для удаленных терминалов без стацио нарного питания. На рис. 2 показано место ISM-сетей в общей структуре локального ин формационного пространства.

Рис. 2

Архитектура современных радиочастотных модулей для цифровой передачи данных

Современный техпроцесс 0,35 мкм поз воляет создавать недорогие, но достаточно эффективные РЧ-модули. При этом радио частотная часть занимает меньшую часть всего модуля. Желание минимизировать число внешних компонентов приводит к необходимости использовать гетеродин ное решение с нулевой промежуточной ча стотой. Такой подход позволяет избавить ся от внешних ПАВ или монолитных филь тров, стоимость которых составляет десятки процентов от стоимости самого трансиве ра. Такая схема имеет некоторые преиму щества: отсутствие зеркальной частоты, вы сокая интеграция. Недостатки тоже есть — необходима хорошая синхронизация внут реннего гетеродина, информация содержит ся в напряжении вплоть до постоянного. На рис. 3 показана структурная схема тран сивера с внутренним синтезатором и схе мой ФАПЧ.

Применение I/Q-каналов в тракте приема и передачи позволяет улучшить фильтрацию и обработку сигнала, несмотря на то что QAM не используется в этих трансиверах. На рис. 4 показана схема канала приема с синфазным и квадратурным каналами. На рис. 5 показа на принципиальная схема трансивера с внеш ними цепями. Несмотря на то что R/F-пере ключатель интегрирован на кристалле, реко мендуется использовать дополнительный L/C-фильтр и внешний дополнительный пе реключатель.

Chipcon предлагает пользователю про граммное обеспечение для конфигурации ми кроконтроллера, который взаимодействует с CC**** через последовательную четырехпро водную шину SPI. Дополнительно программ ное обеспечение позволяет рассчитать все внешние согласующие схемы.

Микроконтроллер должен выполнять по крайней мере следующие задачи: коди рование битового потока (например NRZ, код Манчестер или Nible-код), управление режимами трансивера, считыванием пара метра RSSI (Reseived Signal Strength Indication) и установление уровня АРУ (AGC). Дополнительно микроконтроллер может управлять сигналом защелки (LOCK) ФАПЧ трансивера по предвари тельной преамбуле, отключая ФАПЧ на время приема пакета данных. В этом случае битовый поток может быть неурав новешенным, то есть число единиц и ну лей в пакете может отличаться.

Трансиверы СС**** могут работать в четы рех режимах:

  1. Синхронный NRZ (Non Return to Zero). В этом режиме поток данных используется одновременно и для синхронизации. Дан ные модулируют управляемый генератор без кодировки.
  2. Синхронный манчестерский кодированный режим. В этом режиме кодирование выпол няется СС****.
  3. Прозрачный асинхронный режим с UART (Универсальный асинхронный приемо-пе редатчик). В этом режиме данные модули руют управляемый генератор без кодирова ния и синхронизации. На приемной сторо не не производится синхронизации или декодирования данных. Синхронизация должна выполняться по преамбуле, пред шествующей пакету данных.
  4. Режим с манчестерским кодированием и де кодированием. В этом режиме на модуля тор подаются данные, кодированные кодом Манчестер. На приемной стороне СС**** выполняет декодирование и синхрониза цию. Такой сигнал имеет нулевое матема тическое ожидание и наиболее приемлем для некоторых ЧМ-демодуляторов.

Все трансиверы сопровождаются отладочны ми платами, которые позволяют быстро скон фигурировать устройство: выбрать рабочий ди апазон частот, выходную мощность, тип моду ляции. С компьютером плата соединяется через параллельный порт или USB. Комплект состо ит из базовой платы и сменных модулей с уста новленными чипами трансиверов. Начать ра боту можно, проделав следующие шаги:

  1. установить необходимый модуль в базовую плату;
  2. соединить базовую плату с компьютером, например, через параллельный порт;
  3. подключить питание 3 или 4–10 В;
  4. запустить отладочное ПО;
  5. выбрать тип установленного модуля;
  6. задать параметры или установить их по умолчанию для данного модуля;
  7. выполнить RESET, Update, Calibrate.

В манчестерском режиме скорость передачи данных составляет половину от скорости бито вого потока, в то время как в остальных режи мах скорости эквивалентны. Некоторые моду ли, например СС1020, способны генерировать псевдослучайную битовую последовательность, похожую на реально передаваемые данные. Эта опция полезна для измерения реальной эф фективной ширины спектра, потребляемого то ка, средней выходной мощности.

В заключение следует упомянуть о том, что компания Chicon сотрудничает с фирмой Ember (www.ember.com), которая на базе мо дулей CC**** предлагает решения для постро ения распределенных сетей. В качестве базо вых элементов Ember выпускает устройства, оформленные в форме брелока, в котором ус тановлены наиболее востребованные датчики: температуры, ускорения, положения. Для сбо ра данных имеется TCP/IP-шлюз с аналогич ным приемопередатчиком. В этом устройстве задействован компьютер StrongARM Linux и приемопередатчик Chipcon. При построении сети используется так называемая технология Mesh Grid. Привлекательным является то, что удаленный датчик может не иметь прямой свя зи с центральным узлом сбора данных. Инфор мация будет передана по цепочке через любые доступные соседние модули, которые распо ложены ближе с хосту. На рис. 6 приведена ил люстрация этой технологии.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке