基于無線發(fā)射芯片A7105的RF短距離通信

　　摘要:本文對短距離RF的主流幾種通信方式作了介紹，比較了各自的優(yōu)缺點，以及采用低價RF專有方案的優(yōu)點。同時基于無線發(fā)射芯片A7105(SH38L05)的RF短距離通信方案做了較為詳細(xì)的介紹。

　　一:主流的三種RF方案及其優(yōu)缺點比較

　　1)：藍牙方案(IEEE802.15)

　　藍牙協(xié)議允許數(shù)據(jù)在1個主設(shè)備和最多7個從設(shè)備，最高傳輸速率為723kbit/s。不過，實際實際的速率會比這個數(shù)值小。

　　高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制模式，在2.4G頻段內(nèi)使用83個1Mbps的頻道。在送到載波之前，GFSK在基帶信號上使用高斯過濾?？梢云交唠娖?1)低電平(0)。與頻移鍵控(FSK)的直接方法相比，可以給傳輸信號提供一個較狹和更干凈的頻譜。

　　藍牙設(shè)備有三種基本功率電平：1級(100米線視距)、2級(10米)和3級(2-3米)。目前常用的設(shè)備為2級。

　　在藍牙網(wǎng)絡(luò)中的每一個設(shè)備都有一個獨一無二的48比特識別號碼。第一個識別設(shè)備(通常在2秒鐘內(nèi))成為主設(shè)備，接著設(shè)定為在頻段中每秒使用1600次，所有網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備將與這個主設(shè)備鎖定并與其同步。主設(shè)備以偶時隙傳送，從設(shè)備以奇時隙響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)中的從設(shè)備將被分配一個地址，并收聽屬于自己的時隙和地址信息。

　　從設(shè)備也可以進入低功耗的可能進入功率探測，保持和停止模式。在探測模式中，設(shè)備僅僅在指定的探測時隙中靜聽，但是保持同步。在保持模式中，設(shè)備進行收聽來確定自身是否需要激活。在停止模式中，設(shè)備放棄它的地址。雖然在保持和停止模式下可以延長電池壽命省電，但這也這意味著，設(shè)備失去同步，同時重新建鏈將需要等待時間，這將耗時幾秒鐘，如果用戶要求快速響應(yīng)，這無疑是一個缺點。

　　藍牙標(biāo)準(zhǔn)包括一系列的應(yīng)用領(lǐng)域可供選擇。不過，所有藍牙的應(yīng)用，都必須得到認(rèn)可，并符合藍牙標(biāo)準(zhǔn)，同時，所有用戶必須是藍牙特別的成員。

　　由于來自藍牙專業(yè)組的商業(yè)壓力，大部分應(yīng)用領(lǐng)域都適用于移動電話上的媒體和文件的傳輸應(yīng)用。因此，應(yīng)用藍牙來開發(fā)一些較為簡單的應(yīng)用是價值不高并且沒有實用價值的。

　　2)：ZigBee(IEEE802.15.4)

　　ZigBee是最近推出的RF標(biāo)準(zhǔn)，為大量多節(jié)點、低功耗、低速率的無線監(jiān)控應(yīng)用而開發(fā)。

　　本標(biāo)準(zhǔn)定義為IEEE802.15.4,也是可靠性很高的一種簡單數(shù)據(jù)協(xié)議。這包括通知每次傳輸?shù)膽?yīng)答機制以及其他技術(shù)以保持信息的可靠性。ZigBee無須藍牙的同步功能，因此在一定程度上降低功耗。

　　像藍牙那樣，ZigBee工作在ISM 2.4GHz頻段(5MHz 16頻道)內(nèi)。本標(biāo)準(zhǔn)也提供在歐洲868MHz(單頻道)和US915MHz(2MHz 10頻道)頻段的版本。它保證250kbit/s的最高速率。

　　3)：專有方案(A7105方案，與nRF方案類似)

　　專有方案采用藍牙的信道模式。專有方案將2.400~2.483GHz之間頻帶分成166個500KHz帶寬的頻道，而藍牙分成83個頻道，ZigBee為16頻道相比(參見圖2)，與藍牙與ZigBee相比，這使A7105專有方案在遭遇從擁擠的頻段帶來的干擾的時候有更多可用頻率。

　　干擾處理

　　所有三種無線技術(shù)，即藍牙、ZigBee和專有方案，都有減少在相同頻段工作的RF設(shè)備干擾的機制。

　　藍牙具有頻率跳躍擴頻(FHSS)機制，能確保79個1MHz頻道均勻覆蓋以避免不斷的頻道干擾。

　　ZigBee利用它的16個頻段對付窄帶干擾，因此當(dāng)如果有其他802.11b/g設(shè)備的存在時，就更容易受到干擾，這就可能需要等待其他設(shè)備終止發(fā)送。

　　專有方案采納一種更靈活的混合做法。由于它的輸出功率適度，干擾不太可能發(fā)生。為了最低限度減少電流消耗和復(fù)雜性，專有方案不采用擴頻模式，碰到干擾，只是簡單地以單一頻率傳送，直至數(shù)據(jù)包到達為止。如果在發(fā)射的過程中需改變頻率，則只需簡單地通過SPI發(fā)送一個單字節(jié)命令即可。

　　有了166個500KHz頻道，就可以避開其他設(shè)備應(yīng)用上的傳送頻率而重新分配頻率，即使在機場那樣的熱點，在幾分鐘乃至幾個小時內(nèi)，頻率的重新分配頻率也并不頻繁。

　　至于無線鼠標(biāo)，鄰頻抑制的典型值是-6dBm。因此只要鼠標(biāo)(TX)到USB接收器(RX)的距離是從干擾源算起的一半，一般就不會產(chǎn)生干擾。這是因為根據(jù)RF理論，6dB的衰減等同于雙倍的距離。(參見圖1)。

　　專有方案與其它兩種方案的比較

　　首先，采用藍牙方案與ZigBee方案的缺點：第一，為了符合標(biāo)準(zhǔn)，您得達到標(biāo)準(zhǔn)，這將使您付出高昂的NRE費用，用來開始設(shè)計和測試兼容性。第二，由于它的特性，標(biāo)準(zhǔn)必須是一個尺碼天下通用的解決方法--在競爭日益激烈的全球化市場上，您的競爭者擁有與您一樣的技術(shù)，很難分辨您的產(chǎn)品的優(yōu)勢。最后，標(biāo)準(zhǔn)提供的設(shè)計靈活性很小;例如在在您的RF產(chǎn)品上進行降低功耗的工作將會受到限制。

　　專有方案的優(yōu)點：成本低,在要求一種產(chǎn)品需要電池壽命長和通信可靠以及實現(xiàn)低占空比方面，nRF專有方案比藍牙和ZigBee做得更好。

　　有關(guān)的名詞的解釋:

　　FSK：頻移鍵控，指用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率。其主要優(yōu)點是：實現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好，在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　GFSK：是高斯頻移鍵控的簡寫，在調(diào)制之前通過一個高斯低通濾波器來限制信號的頻譜寬度。

　　二:RF IC(A7105)的主要性能

　　工作頻率：2400~2483MHz ISM頻段(全球免許可申請頻段)。工作距離:10m內(nèi);

　　頻道距離: 500KHz,一共可存在的頻道數(shù):~160個，即可以有效設(shè)定的頻率范圍是2400~2483MHz，每500KHz間隔可以設(shè)定一個頻道,在同一空間里的不同RF設(shè)備,可以通過跳頻來設(shè)定讓其不在一個頻道工作，以減少干擾。

　　低接收功耗：500Kbps@16mA; 低發(fā)送功耗：0dBm@19mA; 休眠電流：1μA;輸出功率：0dBm; 靈敏度：-110dBm@2.5KBPS, -104dBm@25KBPS,-97dBm@250KBPS,-93dBm@500KBPS, 數(shù)據(jù)傳輸速率：最高500Kbps; 基本應(yīng)用：鼠標(biāo)，鍵盤，玩具等。

　　數(shù)據(jù)傳輸速率：最高500Kbps;

　　基本應(yīng)用：鼠標(biāo)，鍵盤，玩具等。