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當(dāng)前無線遙控門禁系統(tǒng)(RKE)已經(jīng)逐漸廣泛被市場接受，其主要原因一個是便捷性，另外就是安全性。 目前市場上流行的第一代RKE多數(shù)采用單向通訊，而下一代RKE系統(tǒng)將提供雙向通訊功能。在雙向RKE系統(tǒng)中，鑰匙做為遙控及數(shù)據(jù)顯示端由車主隨身攜帶。車 身上的裝置可以在接收到鎖車指令后反饋鎖車狀態(tài)給鑰匙端，確認車門已鎖。同時還可以反饋油量以及胎壓狀態(tài)，提示車主加油或者給輪胎充氣。雙向RKE系統(tǒng)將 極大的提高其便捷性以及安全性。 雙向RKE的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示： 針對這種雙向的RKE應(yīng)用，安森美推出了一款雙向RF收發(fā)器——NCV53480。其最大的優(yōu)勢是單芯片高頻收發(fā)， Rx與Tx可以直接共用同一個阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和天線。并且可以通過sniff模式實現(xiàn)高頻遠端喚醒，同時又有較低的待機功耗。從而降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度和成本，實現(xiàn)更加簡約的雙向RKE系統(tǒng)。 功能及主要參數(shù)： NCV53480是一款低功耗FSK/ASK/OOK射頻收發(fā)器， 可以工作在ISM頻帶260MHz到470MHz范圍。通訊速度可以支持1k~60kbps, 采用低中頻架構(gòu)，鏡像抑制比可達40dB。中頻濾波器完全集成在芯片內(nèi)部，并且提供100kHz, 200kHz, 300kHz三種帶寬選擇。發(fā)射功率從-20dBm~10dBm可編程控制。接收靈敏度FSK模式可以達到-109dBm, OOK可以達到-118dBm。片上數(shù)字控制電路可以將IC配置為3通道周期輪詢模式。 另外，在sniff模式下供2種待機喚醒模式，即：能量喚醒(Wake-On-Energy)模式以及代碼喚醒(Wake-On-Pattern)模式。低功耗睡眠狀態(tài)下，靜態(tài)電流只有不到1μA(微安) 。 1. Sniff模式： NCV53480可以通過sniff-mode實現(xiàn)高頻RF喚醒，并且接收端保持低靜態(tài)功耗。 睡眠模式下靜態(tài)功耗小于1μA~! Sniff-mode 得益于ON的一項叫做Quick?Start Oscillator的知識產(chǎn)權(quán)。 Quick-Start Oscillator (QSO) 為了節(jié)省能量并且避免晶振起振的不確定時間，在NCV53480中使用了安森美的QSO技術(shù)。QSO是一個基于外部晶振而調(diào)教出的內(nèi)部振蕩器。 QSO可以驅(qū)動晶振在晶振電感中快速建立足夠的能量，從而可以將啟動時間從ms級提升至us級。進而使得IC能夠快速響應(yīng)和判斷射頻信號。 下面的時序圖描述了QSO的具體工作時序： 應(yīng)用QSO技術(shù)，NCV53480設(shè)計了2種sniff模式來實現(xiàn)低靜態(tài)功耗： (1)Wake on Energy 模式 NCV53480 可以設(shè)定一個sniff interval值，確定每隔多長時間自動檢測一次是否接收到RF能量。如果沒有則返回到睡眠模式，如果有RF能量則開始檢測SOF(start of frame), 檢測到SOF后，檢測Chip ID, 當(dāng)Chip ID也檢測到之后會產(chǎn)生一個Xint 中斷信號喚醒外部MCU接收數(shù)據(jù)包，或者從接收Buffer中讀取數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包接收完成后，MCU通過I2C總線使NCV53480再次進入Sniff模式，然后MCU自己再進入深度睡眠。如此循環(huán)。 (2)Wake on Pattern 模式 NCV53480 可以設(shè)定一個sniff interval值，確定每隔多長時間自動檢測一次是否接收到wake up pattern。如果沒有則返回到睡眠模式，如果接收到wake up pattern則開始檢測Chip ID, 當(dāng)Chip ID也檢測到之后會產(chǎn)生一個Xint 中斷信號喚醒外部MCU接收數(shù)據(jù)包，或者從接收Buffer中讀取數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包接收完成后，MCU通過I2C總線發(fā)送指令使NCV53480再次進入 Sniff模式，然后MCU自己再進入深度睡眠。如此循環(huán)。 在實際應(yīng)用中， NCV53480在Sniff模式下實現(xiàn)自己輪詢，從而解放MCU，使MCU以及其他部件進入深度睡眠狀態(tài)，降低系統(tǒng)待機功耗。當(dāng)NCV53480接收到高頻喚醒信號后，發(fā)送中斷信號給MCU，從而喚醒整個系統(tǒng)。 待機過程中只有NCV53480需要活動，所以其在Sniff 模式下待機功耗的評估就顯得非常重要。我們以Wake On Pattern 模式為例詳細說明一下。 在Wake On Pattern模式中評估NCV53480功耗的幾個重要參數(shù)如下： ●Sniff interval time (Tsi) ---既每Tsi秒查詢一次是否有Wake Pattern。 ●在Sniff interval 時間內(nèi)大部分時間都處于睡眠狀態(tài)。除掉Receive Dwell time 以及Code Dwell time。 ●Receive Dwell time (Trd) ---每次Sniff后用Trd的時間來檢測是否有wake pattern，這段時間屬于基本接收狀態(tài)。 ●Code Dwell time (Tcd) ---每次確定有wake pattern后用Tcd時間來確認Chip ID是否正確，這段時間屬于基本接收狀態(tài) ●Wake Pattern誤判斷概率 (Pm)---待機狀態(tài)下由于應(yīng)用環(huán)境中的同頻噪聲導(dǎo)致Wake Pattern誤判斷而進入Code Dwell time. 基本接收狀態(tài)下電流Ir為10mA, 睡眠狀態(tài)下電流Is最大為1μA. 這樣在待機狀態(tài)下NCV53480的平均電流為： Iave=(Tsi*Is+Trd*Ir+Tcd*Ir*Pm)/Tsi (方程式1) 舉個例子： 當(dāng)通訊速率設(shè)置為8kbps, 既0.125ms/bit; 每隔10秒(最大25.6秒)輪詢一次，(Tsi) =10s ; 每次用10ms的時間搜索16位(最大16位)的wake pattern, (Trd)=10ms; 搜索到wake pattern后用3ms的時間搜索16位(最大16位)的Chip ID, (Tcd)=3ms。 Wake Pattern誤判斷概率為0.1%, (Pm)=0.1% 根據(jù)方程1：Iave=(Tsi*Is+Trd*Ir+Tcd*Ir*Pm)/Tsi =10.1μA。 這樣整個系統(tǒng)就可以實現(xiàn)一個非常低功耗的待機模式。 既使用250mAh的電池也可以待機2年以上。 2. NCV53480的應(yīng)用電路 在參考電路中我們給出了315MHz以及433MHz的阻抗匹配電路，匹配為50歐的特征阻抗。 (1)Rx阻抗匹配： 其中需要注意的是Rf與Cf, 這個濾波電路是可以省略的，只有當(dāng)Vdd上有噪聲需要濾波的時候才需要加上，并根據(jù)噪聲的頻率相應(yīng)調(diào)整RC電路的參數(shù)。但要保證Rf小于100歐，或者用一個電感替代。 在我們的參考電路中只用了Cf=100nF的電容作為濾波。 (2)Tx阻抗匹配： (3)Rx/Tx共接阻抗匹配 在 實際應(yīng)用中，為了節(jié)省空間及成本，簡化電路，往往需要Rx/Tx共用同一個天線。有些RF IC需要外加一個RF switch來切換Rx與Tx的匹配電路。而NCV53480可以直接將RFin 與RFout接在一個網(wǎng)絡(luò)上。匹配電路可以直接采用Tx的阻抗匹配電路。其輸出功率僅有少量損失。 安森美半導(dǎo)體NCV53480的雙向通訊能力為下一代RKE產(chǎn)品的開發(fā)提供了功能保障。其sniff mode模式，以及卓越的低功耗性能和QSO技術(shù)為實現(xiàn)高頻待機喚醒又保持較長的電池壽命提供了可能。Rx/Tx自動切換電路節(jié)省了外部 RFswitch。從而可以實現(xiàn)更加簡約的雙向RKE的系統(tǒng)。 |
