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RF遥控器的简易设计与应用

时间:2019-02-14 10:42:46来源:网络 作者:电子爱好者 点击:
由于高度集成的单芯片RF解决方案的出现,设计射频(RF)遥控器从未如此简单。片上系统(SoC)发送器解决方案,例如Silicon Labs的Si4010单芯片远程控制集成电路(IC),大大

由于高度集成的单芯片RF解决方案的出现,设计射频(RF)遥控器从未如此简单。片上系统(SoC)发送器解决方案,例如Silicon Labs的Si4010单芯片远程控制集成电路(IC),大大简化了远程控制设计的过程,并通过消除系统材料清单(BOM)成本来降低需要大量不同的组件。

遥控器有许多不同的尺寸,形状和无线技术,广泛用于消费市场,作为各种产品的配件,如电视,视频游戏,立体声系统,照明控制和家庭自动化,包括车库门/开门器,空调机,风扇和带遥控无钥匙进入(RKE)钥匙扣的汽车。

最常见的遥控器使用红外(IR)技术,因为红外组件的成本相对较低但是这些基于IR的控制装置存在许多缺点,包括需要视线指向,有限的操作角度,短的传输范围,反射问题和相关的高电流消耗使用红外LED,这会导致电池寿命缩短。射频遥控器解决了这些问题并且出现的数量更多,因为消费者要求更好的用户体验。此外,技术改进正在缩小RF-IR价格差距。

RF遥控器的简易设计与应用

所有RF遥控器都具有共同的特性,如图1中的简化框图所示。 RF遥控器的组件是用户输入命令的按钮,用于将用户命令处理成数字消息的微控制器单元(MCU),用于调制和发送消息的RF发送器(RF TX),天线和电池为遥控器提供电源。制造商在设计射频遥控器时面临的共同挑战是提供一致的最大传输范围,确保较长的电池寿命并保持较低的系统成本。

RF遥控器的简易设计与应用

图1:RF遥控器的简化框图。

最大化传输范围涉及传输尽可能多的功率(在政府法规限制内),同时为接收器提供出色的灵敏度,因为总传输距离是发射器的函数输出功率和接收器的灵敏度。从遥控器方面来看,设计目标是将RF输出功率设置为政府限制,这意味着所有遥控器应具有相同的输出性能,因为它们都在相同的限制范围内传输。这在理想的世界中是正确的,但是,在具有实际部件和制造公差的现实世界中,每次使用生产线上制造的每个遥控器以这种最佳功率进行传输实际上是不可能的。此外,在握住遥控器或甚至触摸按钮时来自用户的手的干扰(称为“手部效应”)改变了天线的阻抗并因此改变了发射输出功率。这种现实效应可以降低遥控器的有效辐射功率(ERP),并且容易导致输出功率低于政府限制6 dB,每个Friis的自由空间路径损耗公式的传输距离相应减少2倍。

Si4010变送器是Silicon Labs的EZRadio®系列无线产品的最新成员,是业界首款单芯片远程控制IC,仅需一个外部旁路电容,印刷电路板(PCB),电池和带有按钮的外壳,形成完整的遥控器。 Si4010包含一个获得专利的天线调谐电路,可自动微调天线,以便在每次按键时获得最佳的发射功率。对于标准遥控设计,RF发射器,组件和天线制造公差以及环境的变化可能导致大的天线效率低下和浪费的功率。图2显示了Si4010功率放大器和天线调谐电路的简化框图。 Si4010通过调节片上可变电容器来最大化发射器天线效率,以与天线的电感共振。这些自动电容调整通过补偿天线匹配电路中的不匹配来最大化遥控器的发射功率,并通过放宽PCB天线中的制造公差来降低设计成本。

RF遥控器的简易设计与应用

图2:Si4010天线调谐框图。

功率放大器(PA)内置一个额外的反馈环路,通过监测PA输出端的电压并调节PA的电流驱动来补偿输出功率。天线阻抗的变化。该反馈回路用于在温度变化和“手部效应”的情况下保持恒定的输出功率,如上所述,当人的手覆盖遥控器时,其改变天线阻抗。天线调谐的最终结果是在每个按钮按压时提供始终如一的可靠和最佳性能,同时降低RF匹配要求的成本和设计复杂性。采用Si4010自动天线调谐功能设计的遥控器可在政府传输限制下可靠,一致地工作,以实现最大传输范围。

电池寿命是任何便携式电子设备,尤其是遥控器的重要考虑因素。当我们考虑典型的遥控器使用时,超过99%的时间,遥控器正在等待用户激活按钮按下。在此期间,Si4010在室温下的功耗低于10 nA,是电池供电应用的理想选择。此外,触摸唤醒GPIO可进一步降低遥控器的电流消耗并延长电池寿命。图3显示了典型远程控制应用中使用的Si4010的功耗示例,其中CR2032电池最大传输功率为+10 dBm。

在传输过程中,Si4010在开关键控(OOK)模式下消耗14.2 mA,在频移键控(FSK)模式下消耗19.8 mA,同时以+10 dBm输出功率进行传输。如果我们假设发送器以1 kBaud的数据速率发送,则数据是曼彻斯特编码的,每个数据包长100位,每按一次按钮重复三次,然后我们得到以下结果:每天按50次按钮连续五年,我们在OOK模式下使用220 mAhr CR2032电池仅占52%的电量,在FSK模式下使用71%的电量。w w w . d z i u u . c o m

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