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RF遙控器的簡易設計與應用

時間:2019-02-14 10:42:46來源:網絡 作者:電子愛好者 點擊:
由于高度集成的單芯片RF解決方案的出現,設計射頻(RF)遙控器從未如此簡單。片上系統(SoC)發送器解決方案,例如Silicon Labs的Si4010單芯片遠程控制集成電路(IC),大大

由于高度集成的單芯片RF解決方案的出現,設計射頻(RF)遙控器從未如此簡單。片上系統(SoC)發送器解決方案,例如Silicon Labs的Si4010單芯片遠程控制集成電路(IC),大大簡化了遠程控制設計的過程,并通過消除系統材料清單(BOM)成本來降低需要大量不同的組件。

遙控器有許多不同的尺寸,形狀和無線技術,廣泛用于消費市場,作為各種產品的配件,如電視,視頻游戲,立體聲系統,照明控制和家庭自動化,包括車庫門/開門器,空調機,風扇和帶遙控無鑰匙進入(RKE)鑰匙扣的汽車。

最常見的遙控器使用紅外(IR)技術,因為紅外組件的成本相對較低但是這些基于IR的控制裝置存在許多缺點,包括需要視線指向,有限的操作角度,短的傳輸范圍,反射問題和相關的高電流消耗使用紅外LED,這會導致電池壽命縮短。射頻遙控器解決了這些問題并且出現的數量更多,因為消費者要求更好的用戶體驗。此外,技術改進正在縮小RF-IR價格差距。

RF遙控器的簡易設計與應用

所有RF遙控器都具有共同的特性,如圖1中的簡化框圖所示。 RF遙控器的組件是用戶輸入命令的按鈕,用于將用戶命令處理成數字消息的微控制器單元(MCU),用于調制和發送消息的RF發送器(RF TX),天線和電池為遙控器提供電源。制造商在設計射頻遙控器時面臨的共同挑戰是提供一致的最大傳輸范圍,確保較長的電池壽命并保持較低的系統成本。

RF遙控器的簡易設計與應用

圖1:RF遙控器的簡化框圖。

最大化傳輸范圍涉及傳輸盡可能多的功率(在政府法規限制內),同時為接收器提供出色的靈敏度,因為總傳輸距離是發射器的函數輸出功率和接收器的靈敏度。從遙控器方面來看,設計目標是將RF輸出功率設置為政府限制,這意味著所有遙控器應具有相同的輸出性能,因為它們都在相同的限制范圍內傳輸。這在理想的世界中是正確的,但是,在具有實際部件和制造公差的現實世界中,每次使用生產線上制造的每個遙控器以這種最佳功率進行傳輸實際上是不可能的。此外,在握住遙控器或甚至觸摸按鈕時來自用戶的手的干擾(稱為“手部效應”)改變了天線的阻抗并因此改變了發射輸出功率。這種現實效應可以降低遙控器的有效輻射功率(ERP),并且容易導致輸出功率低于政府限制6 dB,每個Friis的自由空間路徑損耗公式的傳輸距離相應減少2倍。

Si4010變送器是Silicon Labs的EZRadio®系列無線產品的最新成員,是業界首款單芯片遠程控制IC,僅需一個外部旁路電容,印刷電路板(PCB),電池和帶有按鈕的外殼,形成完整的遙控器。 Si4010包含一個獲得專利的天線調諧電路,可自動微調天線,以便在每次按鍵時獲得最佳的發射功率。對于標準遙控設計,RF發射器,組件和天線制造公差以及環境的變化可能導致大的天線效率低下和浪費的功率。圖2顯示了Si4010功率放大器和天線調諧電路的簡化框圖。 Si4010通過調節片上可變電容器來最大化發射器天線效率,以與天線的電感共振。這些自動電容調整通過補償天線匹配電路中的不匹配來最大化遙控器的發射功率,并通過放寬PCB天線中的制造公差來降低設計成本。

RF遙控器的簡易設計與應用

圖2:Si4010天線調諧框圖。

功率放大器(PA)內置一個額外的反饋環路,通過監測PA輸出端的電壓并調節PA的電流驅動來補償輸出功率。天線阻抗的變化。該反饋回路用于在溫度變化和“手部效應”的情況下保持恒定的輸出功率,如上所述,當人的手覆蓋遙控器時,其改變天線阻抗。天線調諧的最終結果是在每個按鈕按壓時提供始終如一的可靠和最佳性能,同時降低RF匹配要求的成本和設計復雜性。采用Si4010自動天線調諧功能設計的遙控器可在政府傳輸限制下可靠,一致地工作,以實現最大傳輸范圍。

電池壽命是任何便攜式電子設備,尤其是遙控器的重要考慮因素。當我們考慮典型的遙控器使用時,超過99%的時間,遙控器正在等待用戶激活按鈕按下。在此期間,Si4010在室溫下的功耗低于10 nA,是電池供電應用的理想選擇。此外,觸摸喚醒GPIO可進一步降低遙控器的電流消耗并延長電池壽命。圖3顯示了典型遠程控制應用中使用的Si4010的功耗示例,其中CR2032電池最大傳輸功率為+10 dBm。

在傳輸過程中,Si4010在開關鍵控(OOK)模式下消耗14.2 mA,在頻移鍵控(FSK)模式下消耗19.8 mA,同時以+10 dBm輸出功率進行傳輸。如果我們假設發送器以1 kBaud的數據速率發送,則數據是曼徹斯特編碼的,每個數據包長100位,每按一次按鈕重復三次,然后我們得到以下結果:每天按50次按鈕連續五年,我們在OOK模式下使用220 mAhr CR2032電池僅占52%的電量,在FSK模式下使用71%的電量。容-源-電-子-網-為你提供技術支持

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