Радиоканал на микросборках фирмы RFMЯн Суровец, Д. Яблоков
Тенденции рынка
За последние 3-4 года в мире отмечается все расширяющаяся тенденция к переводу бытовой техники на управление по радиоканалу и интеграцию в домашнюю беспроводную локальную сеть (WLAN). Необычайно популярными стали беспроводные соединения, использующие общедоступные полосы радиочастот от сотен МГц до единиц ГГц. Это разного рода системы радиоуправления, охранной и пожарной сигнализации, автоматическое открытие дверей и ворот, централизованное управление микроклиматом и освещением.
Существует ряд традиционных решений, основанных на дискретных LC-схемах передатчиков и сверхрегенеративных приемников. Такие приемники характеризуются невысокой избирательностью и большой восприимчивостью к помехам. Из практики известно, что устройства, проектируемые на основе сверхрегенеративных систем, несмотря на малую потребляемую мощность, простоту и дешевизну, имеют ограниченное применение из-за сравнительно низкой надежности. Они могут самопроизвольно включаться или вообще отказываться работать, поэтому их не используют в профессиональных решениях (встречаются случаи включения автосигнализации в припаркованной у тротуара машине пешеходом, разговаривающим по сотовому телефону).
Супергетеродинные приемники, с другой стороны, имеют стабильные параметры, хорошую чувствительность и избирательность, но это приводит к усложнению устройства. В таких схемах используется распределение усиления между усилителями ВЧ и ПЧ. Однако, их основным недостатком является большая потребляемая мощность, нежелательное излучение гетеродина, больший размер и высокая стоимость.
Похожая ситуация и с передатчиками: узкая полоса и высокая стабильность частоты в широком температурном диапазоне требуют больших размеров и стоимости.
Иной принцип используют производимые фирмой RF Monolitics (США) гибридные микросборки, интегрирующие фильтры и резонаторы на поверхностных акустических волнах (ПАВ), а также ВЧ аналоговые и цифровые цепи. Выпускаемые микросборки выполняют роль радиоприемников, передатчиков и приемопередатчиков для передачи цифровых сигналов на фиксированных частотах. Они упакованы в миниатюрные керамические планарные корпуса размерами около 10╢10╢2 мм, имеют рабочий температурный диапазон от -40 до +85С. Их применение не требует ни внешних высокостабильных частотозадающих компонентов, ни настройки. Подробная техническая документация и рекомендации по применению доступны на сайте RF Monolitics www.rfm.com.
Ниже представляем основную информацию о наиболее интересных гибридных микросборках фирмы RFM.
Таблица 1. Стандартные гибридные микросборки
| Частота, МГц | Передатчик | Приемник | Приемопередатчик |
| 315,0 | HX1005 TX5001 |
RX1405 RX5001 |
TR3001 |
| 418,0 | HX1003 TX5002 |
RX1300 RX1305 RX13010 RX1320 |
TR3002 |
| 433,92 | HX1000 HX1007 TX5000 |
RX1000 RX1005 RX1010 RX1020 RX5000 RX5500 |
TR3000 |
| 868,35 | HX4007 TX6001 |
RX4700 RX4756 RX6001 RX6501 |
TR1001 |
| 868,35 | HX2000 6000 |
RX2010 RX2020 RX2056 RX6000 |
TR1000 |
Передатчик HX1000
Блок-схема передатчика HX1000 представлена на рис. 1. Генератор выполнен на усилителе с ПАВ фильтром в цепи обратной связи. Другой идентичный фильтр на ПАВ используется для подавления гармоник в выходном сигнале. При передаче используется 100-% амплитудная модуляция.
Рис. 1. Блок-схема HX1000
Таблица 2. Основные параметры HX1000
| Параметр | Значение | ||
| Мин. | Тип. | Макс. | |
| Рабочая частота, МГц | 433,72 | 433,92 | 434,12 |
| Выходная мощность, мВт | 1 | ||
| Напряжение питания, В | 2,7 | 3,0 | 3,3 |
| Ток потребления (пик.), мА | 7 | 10 | |
| Ток покоя, мкА | 1 | ||
| Рабочая температура, °С | -40 | +85 | |
| Выходное сопротивление, Ом | 50 | ||
Приемник RX1000
Рис. 2. Блок-схема приемника RX1000
Главной особенностью и новинкой приемников RFM является уникальная внутренняя архитектура ASH (Amplifier Sequenced Hybrid receiver), базирующая на ПАВ-технологии. На рис. 2 представлена упрощенная блок-схема RX1000. Типовая частотная характеристика приемника представлена на рис. 3. Законченная схема приемника требует лишь трех дополнительных внешних конденсаторов (рис. 6).
Рис. 3. АЧХ приемника RX1000
Таблица 3. Основные параметры RX1000
| Параметр | Значение | ||
| Мин. | Тип. | Макс. | |
| Рабочая частота, МГц | 433,72 | 433,92 | 434,12 |
| Чувствительность, дБм | -100 | ||
| Напряжение питания, В | 2,7 | 3,0 | 3,5 |
| Ток потребления, мА | 1,1 | 1,25 | |
| Выходное сопротивление, Ом | 50 | ||
| Рабочая температура, °С | -40 | +85 | |
Трансивер TR3000
Функционально, это законченный приемопередатчик, перекрывающий расстояния 50250 м. Пропускная способность составляет 19,2 кБод при 100-% амплитудной модуляции (OOK On/Off Keying). При снижении глубины модуляции и работе в непрерывном режиме ASK (Amplitude Shift Keying) скорость передачи данных возрастает до 115,2 кБод. Встроенный в TR3000 приемник выполнен по ASH-технологии. Он имеет регулируемый порог шумоподавления и АРУ. Выпускается в корпусе SM-20L для монтажа на поверхность, с размерами 9x10x2 мм.
Таблица 4. Основные параметры TR3000
| Параметр | Значение | ||
| Мин. | Тип. | Макс. | |
| Рабочая частота, МГц | 433,72 | 433,92 | 434,12 |
| Время вкл./выкл. передатчика (ООК), мкс | 12/6 | ||
| Время переключ. прием/передача, мкс | 20 | ||
| Выходная мощность, мВт | 0,75 | ||
| Напряжение питания, В | 2,7 | 3,5 | |
| Ток потребления приемника, мА | 1,8 | ||
| Ток потребления передатчика (пик), мА | 12 | ||
| Ток потребления в режиме sleep, мкА | 5 | ||
| Рабочая температура, °С | -40 | +85 | |
Внутренняя структура ASH-приемника
ASH-тракт (рис. 2) состоит из входного антенного ПАВ-фильтра, первого и второго усилителей ВЧ, работающих с временным разделением, и промежуточной линии задержки на ПАВ. Задержка составляет около 0,5 мкс. УВЧ1 и УВЧ2 работают попеременно, в противофазе, через линию задержки, что исключает перекрестную связь при больших коэффициентах усиления, так как цепь усиления разорвана во времени. Выход УВЧ2 подключен через амплитудный детектор к ФНЧ с шириной полосы 2150 кГц, откуда НЧ-сигнал поступает через внешний конденсатор на компаратор, формирующий цифровую последовательность.
При этом достигается чувствительность -98 дБм и подавление боковых полос не менее чем на 90 дБ. Общее усиление соизмеримо с получаемым в супергетеродинном приемнике и имеет отличную стабильность. Селективность также соизмерима с супергетеродином, так как внеполосная режекция осуществляется и во входном ПАВ-фильтре, и в линии задержки.
Первые практические реализации ASH-технологии (1994 г.) представляли собой согласованные наборы из специализированной микросхемы и 2 ПАВ-устройств. Сейчас в виде единой микросборки поставляются не только приемники, но и приемопередатчики.
Более того, ASH-структуры усиленно развиваются, и на смену их второму поколению приходят следующие. Серии HX/RX 1000 и 2000 в этом году будут заменены сериями TX/RX 5000 и 6000. Новое поколение pin-to-pin совместимо с предыдущим, но имеет еще один каскад ПАВ-фильтрации, значительно улучшенную чувствительность в полосе 800900 МГц и расширенный динамический диапазон. Введен экономичный режим энергопотребления.
Суммируя все сказанное, можно сказать, что приемник с архитектурой ASH имеет больше преимуществ, чем его супергетеродинный эквивалент. Все необходимые функции заключены в одной микросборке. Схемы ПАВ дают возможность разместить весь приемник в необычайно маленьком корпусе. Не требуется регулировка частоты. Отсутствие высокочастотного гетеродина устраняет проблему паразитного излучения и уменьшает потребление тока. Дальнейшее уменьшение потребляемой мощности получается за счет попеременно включаемых усилителей ВЧ, что снижает потребляемый ток вдвое.
Практический пример использования микросборок
Рис. 4. Сигнально-охранное устройство
Сигнально-охранное устройство, собранное с использованием микросборок HX1000 и RX1000, представлено на рис. 4, 5 и 6.
Рис. 5. Схема сигнально-охранного устройства
В схеме передатчика, кроме уже описанной микросборки HX1000, применен модулятор на микросхеме CD4011 (К561ЛА7). Два первых элемента ИЛИ-НЕ работают как "ключевой" генератор. Его выходной сигнал управляет звуковым генератором. Время действия "ключевого" импульса можно изменять корректировкой значений R1 и С1, а тон звукового сигнала R2 и С2. К выходу приемника RX1000 подключен усилитель на транзисторе Т1 с пьезокерамическим излучателем.
Рис. 6. Типовая схема приемника на базе RX1000
Микросборки RFM могут быть смонтированы даже в обыкновенных крышках от соков. Внешние логические схемы подключаются к ним при помощи разъемов и штекеров. Посередине крышек, через отверстия диаметром 3 мм, выведены антенны, выполненные из отрезков медной проволоки в эмалевой изоляции.
Рис. 7. Антенна на 433,92 МГц
Нижняя часть антенны упрочнена при помощи изолирующей втулки и водостойкого клея и припаяна непосредственно к ножке микросборки. Полная длина антенны, вместе с катушкой индуктивно-стью около 68 нГн, составляет 90 мм. Эскиз антенны, с размерами, подобранными для частоты 433,92 МГц, показан на рис. 7. Для питания использованы две пальчиковые батарейки, но можно использовать и миниатюрные элементы CR2032. Реальный радиус действия такой системы составил около 250 м на открытой местности.
Рис. 8. Приемник с цифровым кодером
Значительно повысить помехоустойчивость радиосигнализации можно, используя цифровое кодирование. В передатчике (рис. 8) можно использовать кодер MC145026 (Motorola), а в приемнике (рис. 9) декодер MC145028. Активный сигнал на выходе декодера появится только при совпадении кодовой комбинации на выводах 1-5 кодера и декодера. Таким образом, реализуя кодовое разделение канала, можно получить очень большое количество комбинаций, что позволит использовать один частотный канал многими пользователями.
Рис. 9. Приемник с цифровым декодером
E-mail: DimaJ@aogamma.spb.su
| Ваш комментарий к статье | ||||
