符合RF4CE標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)化遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)的解決方案

基于IEEE 802.15.4堆棧，ZigBee RF4CE規(guī)范為實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化應(yīng)用所需的短程雙向通信子系統(tǒng)提供了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee RF4CE旨在簡(jiǎn)化終端應(yīng)用的設(shè)計(jì)，可作為建立在802.15.4標(biāo)準(zhǔn)PHY/MAC層之上的網(wǎng)絡(luò)層，使用802.15.4 2.4 GHz頻段內(nèi)的信道子集。對(duì)于工程師而言，由于Atmel，F(xiàn)reescale Semiconductor，Microchip Technology，STMicroelectronics和Texas Instruments等制造商提供的符合RF4CE標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，構(gòu)建靈活的無(wú)線遠(yuǎn)程控制解決方案已大大簡(jiǎn)化。

RF4CE應(yīng)用程序主要包括兩種類型的設(shè)備：主機(jī)或“目標(biāo)”設(shè)備（如電視或DVR）和遠(yuǎn)程控制設(shè)備（如手持式點(diǎn)擊器或家庭自動(dòng)化接口）（圖1）。為了幫助簡(jiǎn)化這些要求苛刻的低功耗子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體制造商將節(jié)能設(shè)備與相關(guān)軟件庫(kù)相結(jié)合，以提供全面的RF4CE解決方案。

圖1：ZigBee RF4CE應(yīng)用程序包括遠(yuǎn)程和主機(jī)組件，這些組件使用RF4CE協(xié)議在家庭自動(dòng)化個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中傳輸雙向數(shù)據(jù)以進(jìn)行控制和狀態(tài)（PAN ）。 （德州儀器公司提供。）

針對(duì)遠(yuǎn)程和目標(biāo)端設(shè)計(jì)，德州儀器CC2533片上系統(tǒng)（SoC）器件為ZigBee RF4CE應(yīng)用提供單芯片解決方案。除了低功耗8051 MCU內(nèi)核外，CC2533還包括一個(gè)完整的2.4 GHz iEEE 802.15.4兼容收發(fā)器，能夠提供高達(dá)4.5 dBm的輸出功率和7 dBm的升壓模式傳輸。 CC2533提供多種配置，具有高達(dá)96 KB的閃存和6 KB的RAM，只需很少的外部組件即可實(shí)現(xiàn)全功能的遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)（圖2）。

圖2：TI CC2533在單個(gè)器件上集成了完整的ZigBee RF4CE解決方案，可顯著減少無(wú)線遙控應(yīng)用的器件數(shù)量?？蛇x的晶體振蕩器通常僅在使用非常低的睡眠電流但需要準(zhǔn)確的喚醒時(shí)間的應(yīng)用中才需要。 （德州儀器公司提供。）

該器件提供各種低功耗模式，以確保低占空比應(yīng)用中的低功耗工作。例如，CC2533在內(nèi)部睡眠定時(shí)器運(yùn)行的低功耗模式下僅需1μA，在低功耗模式下僅需0.5μA，器件僅在響應(yīng)外部中斷時(shí)才會(huì)喚醒。

TI提供器件及其符合ZigBee RF4CE標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧，參考設(shè)計(jì)和示例軟件。工程師還可以使用用于CC2533的TI CC2533DK-RF4CE-BA RF4CE開(kāi)發(fā)套件評(píng)估器件及其軟件。

飛思卡爾半導(dǎo)體MC13213是一款單芯片ZigBee RF4CE解決方案，集成了符合802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器，HCS08 MCU內(nèi)核，60 KB閃存和4 KB RAM。收發(fā)器包括低噪聲放大器（LNA），帶內(nèi)部壓控振蕩器的功率放大器（PA），集成發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)，片上電源調(diào)節(jié)以及全擴(kuò)頻編碼和解碼。該器件支持多種天線配置，包括簡(jiǎn)化的單天線選項(xiàng)，可實(shí)現(xiàn)極低的外部元件數(shù)量。

在此單天線模式下，設(shè)備的內(nèi)部發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)使板載LNA可用于接收操作，板載PA可用于發(fā)送功能。此處，平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器將單端天線信號(hào)轉(zhuǎn)換為連接到RFIN_x或PAO_x引腳的差分信號(hào)，而CT_Bias引腳則為平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器提供適當(dāng)?shù)钠命c(diǎn)（圖3）。

圖3：飛思卡爾MC13213通過(guò)支持工程師可以選擇的多項(xiàng)操作來(lái)幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，從而減少部件數(shù)量。這里，器件引腳配置為支持單天線設(shè)計(jì)。 （由飛思卡爾半導(dǎo)體公司提供。）

飛思卡爾的MC1322x系列（如MC13224V）提供更大的容量和性能。 MC1322x器件基于ARM7TDMI-S 32位內(nèi)核，支持80 Kbyte ROM用于軟件和128 Kbyte閃存，鏡像到RAM中，可實(shí)現(xiàn)更高效的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。該器件還具有高靈活性，可與RF無(wú)線電接口配合使用，可獨(dú)立運(yùn)行或與外部設(shè)備配合使用（圖4）。工程師可以選擇將該器件用作單芯片解決方案，該解決方案利用片內(nèi)巴倫，TX/RX開(kāi)關(guān)，PA和LNA。 RF無(wú)線電接口還允許使用外部PA和外部LNA，因此工程師可以將器件與外部組件結(jié)合使用，以滿足需要更大信號(hào)范圍的應(yīng)用。

圖4：除了片上RF無(wú)線電元件外，MC1322x還可以配置為使用外部功率放大器和外部低噪聲放大器來(lái)支持?jǐn)U展范圍基于RF4CE的設(shè)計(jì)。 （由飛思卡爾半導(dǎo)體公司提供。）

飛思卡爾將其硅解決方案與其實(shí)施ZigBee RF4CE協(xié)議的BeeStack Consumer堆棧相結(jié)合。 BeeStack軟件需要大約32 KB的內(nèi)存，并提供兩種開(kāi)發(fā)選項(xiàng)：工程師可以通過(guò)嵌入式處理器上運(yùn)行的API訪問(wèn)堆棧，或使用串行命令集以黑盒模式訪問(wèn)堆棧。

對(duì)于STM32W108C8 SoC，STMicroelectronics將ARM Cortex-M3處理器與Thumb-2指令集結(jié)合在一起，為SoC的片上RF無(wú)線電提供強(qiáng)大的數(shù)字處理補(bǔ)充。 ST將MAC功能的元素折疊到硬件中，以確?；谠摬糠值脑O(shè)計(jì)可以輕松滿足IEEE 802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)加的嚴(yán)格時(shí)序要求。此外，ST設(shè)計(jì)的收發(fā)器可提供超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍要求15 dB的RF性能。同時(shí)，該器件具有多種先進(jìn)的電源管理功能，有助于確保較長(zhǎng)的電池壽命。

除了這些單芯片解決方案外，工程師還可以找到RF4CE平臺(tái)，使其能夠混合和匹配收發(fā)器和處理器功能，以滿足功能和成本的特定要求。例如，Microchip將其ZigBee RF4CE的實(shí)現(xiàn)分為兩對(duì)芯片--MRF24J40 2.4 GHz IEEE 802.15.4收發(fā)器及其PIC XLP系列超低功耗MCU（圖5）。

圖5：多芯片解決方案允許工程師使用Microchip MRF24J40收發(fā)器等設(shè)備單獨(dú)優(yōu)化RC4CE堆棧的上層和下層，以及Microchip系列PIC XLP MCU的理想成員。 （由Microchip Technology提供。）

提供PHY/MAC通信功能，MRF24J40將低IF接收器架構(gòu)與直接轉(zhuǎn)換發(fā)送器架構(gòu)相結(jié)合，該架構(gòu)通過(guò)器件的四線SPI，中斷，喚醒和復(fù)位引腳。 PIC MCU完成具有所需處理能力的堆棧，同時(shí)確保最低功耗。例如，PIC24F16 16位MCU系列在看門(mén)狗定時(shí)器模式下運(yùn)行時(shí)僅需要約350 nA。通過(guò)這種方法，Microchip實(shí)現(xiàn)了一種高效的無(wú)線控制解決方案，需要僅為16 KB的RF4CE堆棧，并針對(duì)較長(zhǎng)的電池壽命進(jìn)行了優(yōu)化。

Atmel將其AT86RF23x收發(fā)器芯片與其AVR MCU系列配對(duì)，以提供靈活的ZigBee RF4CE解決方案。 AT86RF230和AT86RF231專為ZigBee/IEEE 802.15.4應(yīng)用而設(shè)計(jì)，是低功耗2.4 GHz無(wú)線電收發(fā)器，集成了片內(nèi)所有RF元件，僅需外部天線，晶體和去耦電容。兩款器件均具有-17至3 dBm的可編程輸出功率和-101 dBm的接收靈敏度。

ZigBee RF4CE適用于家庭自動(dòng)化應(yīng)用，提供靈活的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)非視距控制。為了簡(jiǎn)化兼容產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體制造商正在提供越來(lái)越多的設(shè)備，這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)RF4CE協(xié)議的單獨(dú)部分或在芯片上提供完整的解決方案。憑借這些高性能收發(fā)器和SoC的可用性，工程師可以選擇最有效的設(shè)計(jì)方案，以提供符合ZigBee RF4CE的功能強(qiáng)大，經(jīng)濟(jì)高效的無(wú)線遙控產(chǎn)品。