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無線電子工学および電気工学の百科事典 無線モデム用のチップ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線チャネルを介した近距離でのデータ送信は、日常生活においてますます一般的になりつつあります。 すでに車の警報器や各種リモコンの「無線キー」が普及し、パソコンの「無線マウス」や「無線キーボード」などが普及し、パソコンもワイヤレスネットワーク化の時代が到来しています。 この記事では、そのような問題を解決するために設計された特殊なマイクロ回路を読者に紹介します。 最近まで、オペレーティングコンピュータのシステムユニットの「背面」を初めて見た人は皆、コンピュータと対話するかなりの数のデバイスに接続されているワイヤーとケーブルの網に驚きました。 直列のすべてのデバイスをバイパスする USB バスの導入により、ケーブル ネットワークが簡素化されますが、問題が完全に解決されたわけではありません。 コンピュータとその周辺機器との間の通信に赤外線を使用する試みは、あまり成功しません。赤外線の発信源と受信機の間に見通し線が必要であり、信頼できる通信の実際の距離は XNUMX メートルを超えないからです。 さらに、競合するハードウェア メーカーは単一のデータ交換プロトコルを開発していません。 したがって、コンピュータに IrDA アダプタが存在しても、IrDA 搭載デバイスと通信できるかどうかは保証されません。 最近、XNUMX つの部屋または隣接する部屋にあるコンピュータと、無線チャネルを介してそれらと対話するデバイス (プリンタ、スキャナ、モデムなど) との間の「近くの」接続を組織するというアイデアがますます発展しています。 しかし、そのようなアプローチの見かけの単純さと明白さにもかかわらず、その実装には非常に多くの困難があり、問題は依然として解決されたとは考えられません。 少なくとも、一部の開発者が宣言している「各コンピュータと周辺機器に XNUMX つのチップを追加し、バッグの中に入れておく」という目標はまだ非常に遠いです。 それにもかかわらず、プロセスは始まっています。 「ローカル」コンピュータ無線通信のための共通技術とプロトコルを開発する試みが行われています。 これらの中で最も有名なものは、Bluetooth、IEEE 802.11、UWB、および Nome RF であり、互いに競合します。 近い将来、提案されたテクノロジーの宣言された利点と欠点を実際に評価して勝者を特定する予定です。 その間、あらゆるプロトコルでの通信に必要なノード（マイクロ波トランシーバー（トランシーバー）の超小型回路）のメーカーは、いずれかのプロトコルに焦点を当てていますが、他のプロトコルを使用する可能性もあります。 この記事では、これらのマイクロ回路のいくつかについて説明します。 ノルウェーの企業 BlueChip Communications AS BCC418およびBCC918無線トランシーバーのシングルチップ超小型回路を製造しています。これらは、エネルギーのマイクロ消費電力、広い温度範囲(-40から+85℃)で動作する能力を特徴とし、主にデジタルデータ交換を目的としています。 400 MHz および 900 MHz 帯域の無線ネットワークで使用されます。 これらのトランシーバーの主な用途は、産業、セキュリティ システム、医療で使用されるリモート センサーです。 さらに、環境監視システム、低速コンピュータ無線ネットワーク、リモート バーコード リーダー、双方向ページングなどでも使用できます。 マイクロ回路は内部構造とパラメータが似ており、44 面ピン配置の TQFP-12 プラスチック パッケージ (寸法 12x418 mm) で製造されており、BCC300 が 600..918 MHz の範囲をカバーし、BCC700 が異なる点のみが異なります。 1100..XNUMXMHz。 トランシーバ超小型回路の動作周波数およびその他の動作モードは、シリアル バイナリ コードによって特別な超小型回路レジスタに入力される 80 ビット コマンドを使用して設定されます。 これらのマイクロ回路の使用の柔軟性を確保するために、送信機の出力パワーを 3 レベル (間隔 - 10 dB、最大レベル - 418 mW)、918 つ (BCC25 の場合) または 33 つ (BCC10 の場合) のゲイン値をプログラムすることが可能です。レシーバー入力段の 30 つの LPF 帯域幅 (60、200、XNUMX、または XNUMX kHz) に加えて (感度を XNUMX ..XNUMX dB 下げることができます)。 これらのトランシーバーの構造のその他の特徴には、受信機での直接周波数変換方式の使用、非常に高密度の周波数グリッド (数百ヘルツ) を提供する外部 PLL ループを備えた XNUMX チャネル周波数シンセサイザーの存在、 LockDet キャプチャ検出器と受信 RSSI 信号のレベル、および受信機の内蔵調整可能な XNUMX 極楕円回転ローパス フィルターを使用します。 情報を送信するには、必要なデータ受信/送信レートに応じて選択される偏差を備えたキャリア周波数シフト キーイング (FSK) が使用されます。 BCC トランシーバー チップがサポートする最大ボー レートは 128 kBaud です。 9,6 kBaud 以下の速度の場合、推奨偏差は ±25 kHz です。 -105 dBm の受信感度と全方向性アンテナにより、オープンスペースで最大 700 m の通信範囲を保証 定格電源電圧 - 3 V 送信モードでの消費電流 - 50 mA 以下、受信モードでの消費電流 - 8 mA 、スタンバイモードでは - 2uA未満。 送信機のマスター発振器と受信機の局部発振器は、電圧制御発振器 (VCO)、10 つのプログラム可能な分周器、および PLL で構成される周波数シンセサイザーです。 シンセサイザーの周波数を安定させるには、周波数 XNUMX MHz の高品質の水晶発振子を使用することをお勧めします。 必要なデータ転送速度に応じて、BCC トランシーバーマイクロ回路は、シンセサイザーカウンターの XNUMX つの分周係数の変更、XNUMX つのプログラムされた周波数分周器間の切り替え、変調 (プル) によって、送信周波数を操作するための XNUMX つの方法のうちの XNUMX つを使用する可能性を提供します。基準水晶共振器または直接 VCO 変調の周波数。 受信部は直接周波数変換方式に従って作られており、デジタル周波数検出器が含まれています。 復調は、同相 I チャネルと直交 Q チャネルで受信信号の位相を比較することによって実行されます。 チャネル I で Q より遅れている場合、信号周波数は局部発振器周波数より高く、進んでいる場合は局部発振器周波数より低くなります。 受信データのこのようなスキームに固有のいわゆる「ジッター」（フロント ジッター）は、原則として、デジタル データの受信時には問題を引き起こしませんが、到着の瞬間が異なる場合には、その値を考慮する必要があります。信号前線が重要です。 ジッターは周波数偏差 ΔF が増加するにつれて減少しますが、その最大値は 1/(4ΔF) を超えません。 PLL は局部発振器を信号の中心周波数に調整するため、グリッチを避けるために、送信されるコード シーケンスには同数の論理 4 と XNUMX が含まれている必要があります。 デジタル通信システムでは一般的なこの要件は、送信データをエンコードする方法を選択するときに考慮する必要があります。 BlueChip Communications では、この目的のためにマンチェスターまたは XNUMXBXNUMXB ブロック コードを使用することをお勧めします。 VSS トランシーバーの PLL の動作を制御するには、特別に提供された LockDet 出力、つまりキャプチャ検出器を使用できます。 RSSI 出力の定電圧は、受信機入力の信号電力の対数に比例し、この依存性は約 70 dB のダイナミック レンジにわたって維持されます。 BCC418 チップをスイッチオンするための典型的な回路を図に示します。 1. Varicap D1 とその環境 - VCO および PLL 要素。 すでに述べたように、水晶共振子 ZQ1 は例示的な周波数を設定します。 回路の右側にあるインダクタとほとんどのコンデンサは、トランシーバの入力と出力を WA1 アンテナと整合させるためにマイクロ波回路に含まれています。 R15D3L3D2 回路は、アンテナをトランシーバー チップの受信機入力または送信機出力に切り替えるために使用されます。
BCC418 および BCC918 マイクロ回路に基づいて、RFB433、RFB868、および RFB915 マイクロ波モジュールが製造され、上で説明したものと同様のスキームに従って構築されます (図 1)。 サイズは約 25x25x3 mm で、表面実装に適した端子が付いています。 モジュールは、それぞれ 19,2 kBaud の伝送速度と ISM 帯域 433,4 ～ 434,4 MHz、868,8 ～ 869 MHz、および 903 ～ 927 MHz で動作するように最適化されています。より広い周波数範囲で動作します。 整合アンテナ (フィーダ インピーダンスが 50 ～ 100 オーム) は、追加のマイクロ波要素なしでモジュールに直接接続できます。 略語 ISM は、産業 (Industrial)、科学 (Scientific)、および医療 (Medical) 目的の機器の放射線に作用するように設計された範囲を指定するために使用されます。 ヨーロッパと米国では、これらの帯域での運用にライセンスは必要ありません。 BlueChip Communications は、マイクロ波モジュール、プリント アンテナ、および PIC2LC16A マイクロコントローラーを含むデバッグ ボード (評価キット、63 個セット) をハードウェア開発者に提供しています。 ボードに付属のソフトウェアを使用すると、最大 300 m の距離にある 433 台のコンピュータ間で、整合した外部アンテナへの双方向データ転送を行うことができます。 無線モデムは 232 kBaud のデータ レートに設定されており、6 ～ 9 MHz の範囲の 19,2 個の動作周波数を使用し、433,4 ミリ秒のレートで自動的にスキャンされます。 他の会社も ISM トランシーバーを製造しています。 たとえば、テキサス・インスツルメント社は、PQFP-6900 パッケージで TRF6901 および TRF48 チップを製造しています。 最初のものは 850 ～ 950 MHz の周波数帯域をカバーし、860 つ目は 930 ～ 3 MHz をカバーします。 送信電力 - 3,3 mW、受信雑音指数 - 430 dB。 外部デジタル トランシーバー インターフェイスは、同社の MSPXNUMX マイクロコントローラーを対象としています。 メモリーチップとマイクロコントローラーで知られるアメリカの企業アトメル・コーポレーションも黙ってはいなかった。 。 Bluetooth アソシエーションに参加した彼女は (ちなみに、名前は 76 世紀にデンマークとノルウェーを統治したハラルド王のニックネームに由来しています)、このプロトコルをサポートする多数の超小型回路を開発しました。 その中で最も複雑なものは、AT511C176 プロトコル コントローラーです。 32 ピン パッケージで作られ、7 ビット ARM256TDMI RISC コンピューティング コアが含まれており、Bluetooth によって提供されるすべての機能を実行するには、XNUMX KB の外部 RAM と同量の FLASH またはその他のメモリが必要であると言えば十分です。不揮発性メモリ。 AT76C511 チップは、コンピュータと通信するために、USB、PCMCIA、UART 16550 エミュレータの XNUMX つの異なるインターフェイスを備えていますが、将来的には、それぞれ XNUMX つのインターフェイスのみを備えた簡素化されたバージョンがリリースされる予定です。 コントローラは、マイクロ波モジュール（同じ会社の T2901 マイクロ回路）に「命令」することによって無線通信を組織します。 通信は、79 ～ 2400 MHz の範囲の 2500 の固定周波数で行われます。 Bluetooth プロトコルによれば、動作周波数は 625 μs ごとに突然変化します。その変化の法則は、接続を確立している加入者にはわかっていますが、他の加入者には予測できません。 その結果、同じ周波数帯域で同時に動作する 1 つ以上の通信チャネルが互いに干渉することはありません。 送信周波数のランダムな短期間の一致によって引き起こされるまれな障害は、プロトコルによって提供される誤り訂正データ符号化および誤り訂正のマルチレベル システムによってすぐに排除されます。 確かに、結果として 20 Mbps の「正味」データ交換速度は約 XNUMX% 減少します。 T2901 チップをスイッチオンするための典型的な回路を図に示します。 図２では、すべての電源ピンと制御ピンに接続されている多数の 2pF バイパス コンデンサは示されていません。 基準周波数信号はピン 4,7 (CLK) に適用されます。 1 つの可能な値のうち 1 つをプログラムで選択することができます。 送信電力 - 160 mW。 情報は、公称偏差 ±1 kHz の搬送波周波数シフト キーイングによって送信されます。 変調信号は、内蔵のガウス ローパス フィルターを使用して事前にフィルター処理できます。 このフィルタはスイッチSWXNUMXによりON/OFFされます。
この場合の受信機は、中間周波数 111 MHz の従来のスーパーヘテロダインです。 雑音指数は 12 dB です。 選択性は、SAW フィルター F1、コイル L2 および L3 を備えた発振回路、つまり IF および周波数弁別器の要素によって提供されます。 トランジスタ Q1 は内部電圧レギュレータの一部です。 マイクロ回路によって消費される電流は、受信/送信モードとはほとんど関係なく、約60 mAに達しますが、スタンバイモードでのみ数十マイクロアンペアに減少します。 T2901 マイクロ回路デバイスの興味深い特徴は、送信信号が 4800 倍の周波数 (5000 ～ 55,5 MHz) で生成され、出力に送信される前に XNUMX で除算されることです。 受信機の復調器も中間周波数の半分の XNUMX MHz で動作します。 T2901 トランシーバーの出力電力と感度を高めるために、Atmel はマイクロ波パワー アンプ (T7023) および低ノイズ入力と組み合わせた同様のアンプ (T7024) 用の追加のマイクロ回路を提供しています。 その特徴は、出力電力を調整するための特別な入力の存在です。これにより、送信機のオンとオフをスムーズに切り替えたり、通信を維持するのに十分な放射信号の最小電力レベルを設定したりできます。 これらの対策により、同じ帯域で動作する他の通信チャネルによって生じる干渉が最小限に抑えられます。 両方のマイクロ回路の出力電力は 200 mW で、T7024 マイクロ回路の雑音指数は 2,3 dB 以下です。 著者: A. Dolgiy、モスクワ
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