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探究單片RF收發器方案加速無線產品的設計

電子工程師 ? 來源:fly ? 作者:fly ? 2021-04-02 14:15 ? 次閱讀

“Zeevo公司的TC2000芯片集成了所有的RF輸入/輸出電路(阻抗匹配、不平衡變換器和開關等),因此在使用該芯片時無需外部器件及專門的RF技巧。”

藍牙方案的精髓在于單芯片解決方案,對不同的供應商而言,單芯片代表不同的含義。但對大多數公司來說,指的是單芯片RF收發器。一個完整的藍牙方案應該包含RF收發器、基帶電路和接口

Zeevo公司的TC2000芯片集成了所有的RF輸入/輸出電路(阻抗匹配、不平衡變換器和開關等),因此在使用該芯片時無需外部器件及專門的RF技巧。該芯片采用0.18μm CMOS工藝,片上集成了無線收發功能、鏈路控制器、基帶控制器和接口(圖1)。盡管RF輸入/輸出濾波器和匹配網絡沒有置入芯片內,但它們通過傳輸線得以實現,并嵌入到同一封裝內了。

這種混合設計方法解決了無法將RF濾波器電路集成進芯片內的問題,而且仍是一個單芯片方案。外部器件包括一個12MHz晶振、4個電容器、一個電阻天線。這些元器件在同一封裝內,但并不在一個芯片內。

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接收部分

來自單引腳天線(single-lead antenna)的輸入信號通過匹配網絡和發送/接收開關與低噪聲放大器耦合。放大器可在天線輸入端為接收器提供超過-80dBm的靈敏度。I和Q混頻器直接將信號下行變頻到基帶,這一直接轉換方法無需外部SAW濾波器(圖2)。

從基帶到1.5 MHz中頻的上行變換不存在與直接轉換接收器相關的直流偏置等問題,該方法減少了兩個A/D轉換器及相關電路,IF濾波采用模擬電路,解調則采用數字電路

模擬信號通過一個ADC轉換成數字信號,然后被解調。在被送到鏈路管理器和基帶部分之前還要經過循環冗余校驗(CRC)處理。

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發射器端

基帶數據可用于產生CRC,然后信號被擴譜,這是一個對數據進行隨機化處理以消除連續0和1序列的過程,它可以減少接收器端的直流偏置問題。接著,開始FEC操作,輸出被轉換為模擬信號,并生成GFSK信號,然后上行變換到輸出頻率。頻率合成器是配備單電壓壓控振蕩器的傳統PLL,其信道頻率與接收機相同。

集成功率放大器可提供2類或3類功率輸出,輸出信號通過匹配網絡和開關耦合到天線,該輸出也可驅動外部功率放大器使之工作于1類功率放大。該功率放大器還配備一個片上控制引腳,可用于控制輸出功率。

基帶部分

芯片的基帶部分包括一個ARM7TDMI處理器、64KB SRAM、8KB啟動ROM以及4Mb內部閃存。與處理器相連的4個DMA單元可處理所有的數據傳輸,從而使處理器能夠將更多的資源分配給其它功能。藍牙操作僅占用處理器運算能力和閃存資源的一半,另一半留給用戶自由支配。

基帶部分還包括USB1.1和UART接口、8個通用輸入/輸出線以及一個用于語音的PCM音頻編解碼器。TC2000符合藍牙1.0b標準,以及1.1版標準的規范。

除滿足藍牙規范外,TC2000可處理點對點操作,以及帶有7個從屬設備的點對多點操作。它可容納4個Pico網和Scatter網。此外,TC2000還擁有一個主/從開關,可支持打印設備。

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該藍牙收發器的加密特性包括:密匙長度從0到128位,以8位遞增(欲了解更多關于藍牙的信息,請參閱“A Low Power,Frequency Hopping System”, p.98)。

此外,Zeevo芯片還有一個獨特的2x或4x加速模式,可幫助加速數據傳輸率。目前,最大藍牙速率為723kbps。利用Zeevo芯片的專有加速模式,壓縮/解壓縮算法可使數據傳輸率達到3Mbps。

如果兩個Zeevo藍牙產品相互通信,它們可自動切換到加速模式,使用較高的傳輸率。而當Zeevo芯片與非Zeevo產品通信時,它采用標準速率。

軟件和工具

利用Zeevo芯片來開發藍牙產品的主要工作是軟件而不是硬件(圖3)。Zeevo所提供的軟件包括帶主控制接口(HCI)的藍牙底層堆棧,它駐留在閃存內。另外,該公司還在目標或源代碼中提供了高層和低層堆棧,并支持所有1.0b規范。這些規范定義了藍牙器件在常見應用中的工作過程,它們包括串行端口、無繩電話、傳真機、LAN接入和文件傳輸等。Zeevo還提供了BlueOS專用操作系統,并支持Nucleus Plus。

該方案所具備的軟件靈活性有利于基于主機的應用開發,因為大部分軟件都在一臺主機上。對于一部分軟件位于器件上(比如蜂窩電話)的項目,而大部分軟件都駐留在藍牙電路上的應用,該方案也可行。用戶可創建完全嵌入式的方案,如開發游戲設備、數字相機、條碼掃描儀、耳機、鍵盤或鼠標等,在這些應用中所有的軟件都駐留在藍牙芯片內。

開發這些應用的最快方法是使用TC2000開發工具。該工具包括兩個開發板(每一個都包含TC2000芯片)、4MB SRAM、8MB閃存、2個UART端口、一個USB端口、8個通用I/O線和JTAG功能。所有必需的軟件、線纜和文件都配備完整。

編輯:jq

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