在本系列關于小型，低成本，一次性無線電設計的第1部分中，我們研究了AM技術，從單晶體管解決方案到集成SoC，可以提供可靠的單向通信。在第2部分中，我們將研究一些低成本FM解決方案以及相移鍵控（PSK），頻移鍵控（FSK）和簡單載波開/關鍵控（OOK）。在下一部分的第3部分中，我們將研究單片無線電收發器，它將微控制器與無線電一起嵌入，以實現更高的性能水平。

開啟，關閉FM

節省電量并保持氣道清晰，FM收音機芯片可用作載波，載波關閉以傳輸數據。與成幀的UART數據包一樣，信號的缺失是無效狀態，信號的存在開始一個起始位。此后，每個比特位置由有效載波的持續時間或無載波表示。這種異步技術可以很好地工作并且可以節省一些能量，因為關斷時間和邏輯0位不需要發送信號。

FM傳輸方案的另一個好處是，與AM一樣，它們的尺寸非常小且成本非常低，特別是在單晶體管實現中（圖1a和1b）。離散組件可以在幾乎為零功率的狀態下由FET完全關閉，直到被激活為止。使能信號實際上可以是純數字開/關鍵控（OOK）模式下的數據線。

圖1a（左）和1b（右） ）：許多簡單的單晶體管，低成本窄帶FM發射機設計在公共領域使用標準的現成部件很容易獲得。固定頻率或可調諧版本都是小型，低功耗和非常低的成本。

另請注意，線性模式可讓模擬信號控制頻率。這在兩個方面是有利的。首先，傳感器輸出可以直接驅動調制信號，如壓控振蕩器（VCO），無需微控制器，A/D轉換器和模擬組件即可提供模擬功能。這非常適合沒有微型的超小型解決方案。定時傳輸間隔也可以控制，在這種情況下是一個非常低頻率的振蕩器，可以在短時間內打開和關閉設備（圖2）。

圖2：驅動VCO的傳感器可以在衰減或放大后直接調制載波，以利用整個動態范圍。使用低功耗定時FET電源開關可延長電池壽命。

第二個好處是，當存在微控制器時，它可以用來自D/A的模擬信號驅動調制器，或者只是使用兩個帶有電阻分壓器的位，用于提供頻移鍵控（FSK）通信。單個PWM或相移鍵控也可以由微內部使用和驅動。可以使用有線OR方案來啟動振蕩器，或者微控制器的第三個I/O線可以啟用振蕩器。

這里的一個好處是發射頻率可以非常穩定和窄帶。這意味著許多單元可以非常接近而不會相互干擾，并且接收站僅“調入”它想要監視的信道。相反，有幾個接收器;每個調諧到一個狹窄和特定的樂隊可以同時運作。這允許接收站使用尖銳陷波型濾波來嚴重區分噪聲和干擾，從而提高整體可靠性。

更多功能

雖然單晶體管和分立設計似乎是最小的解決方案，但有些芯片可以與這些小尺寸相媲美，同時提供額外的功能和功能。以Silicon Labs的純FM SoC為例; SI4713-B30-GM或SI4710-B30-GM適用于76 MHz至108 MHz頻段。采用20引腳QFN封裝，占位面積僅為3 mm x 3 mm，只需兩個外部元件即可實現整個無線電發射器。兩者都使用數字音頻輸入和串行控制，因此需要一個小微處理器來提供數據（參見TechZone文章“At Your Disposal：Throwaway Micros”）。

更先進的發射器解決方案帶來的其他好處。首先，數據可以立體聲模式傳輸。這可以提供兩個單獨的通道，或者允許靈活地實現時鐘傳輸方案。注意，這些工作在標準表無線電76 MHz至108 MHz模式下工作，并且功率限制為10微瓦，但對于短距離，視距設計和可互操作的設計非常有效。

為了節省時間和測試可行性，模塊化解決方案可以成為工程師的最佳選擇。您可以簡單地獲得經過全面測試，表征和認證（通常用于國際標準）的OEM模塊，而不是旋轉您自己的設計，然后對其進行表征和認證。

這對于ISM-特別有用頻帶調頻發射機，因為制造商在特定國家的區域需求和版本方面是最新的。例如，考慮RF解決方案QFM-TX1-433通用FM發射器模塊，采用非常方便的6引腳表面貼裝形狀因子（圖3）。

圖3：模塊允許為不同的國家和地區編程相同的形狀因子。這使您可以制作一個可在所有國家/地區使用的主板。

它在ISM頻段的未許可部分以433 MHz運行，這將在跳頻時允許更高的功率電平。這導致更遠的視線范圍，但仍然具有良好的墻壁和物體的穿透性。使用2.2至3.5 V的CMOS/TTL邏輯信號可傳輸高達4800波特的數據速率，當有效時電流通常為15 mA。

該部件較大的16.8 x 12.5 mm x 2.5 mm尺寸可以使其安裝在外部天線上，形成一個密封且堅固的單元。例如，這可以用于在無人駕駛車輛上遠程發送用于電機定位的增量軸編碼器數據。

類似的315 MHz部分是RF解決方案FMRTFQ1-315（圖4）。請注意，支持更低的7 mA發送電流和9600波特數據速率。兩個RF解決方案部件都使用數字數據傳輸。

圖4：從315 MHz到868 MHz可用，這些非常穩定的FM發射器模塊沒有可調節組件，可傳輸長達250米。

FSK數字調制

雖然FM可以像音頻一樣連續可變模擬，但FSK數字調制可以使用高度調諧的濾波器來確保信號完整性。通過將發射振蕩器限制為非干擾頻率，優化的濾波器表現良好并且區分音調。

可以在FSK以及GFSK，GMSK，MSK和OOK模式下運行的相當高速（600 Kbits/sec）數據速率部分是RF解決方案RFM67W-868S2，它可以在微控制或獨立模式。

在獨立模式下，下載無線電參數，并使用外部串行EEPROM進行配置。這可以允許更低的成本和更小的尺寸。將串行接口用作SPI型外設可以使其成為向現有有線解決方案添加無線連接時的理想解決方案。

新設計還可以受益于這些部件所遵循的歐洲，美國和日本標準配置和法規標準。更重要的是，高輸出功率（17 dBm）可以簡化放大器和天線的需求。支持的頻段為315 MHz，433 MHz，868 MHz和915 MHz。

下一步：添加一個微觀

正如我們所看到的，許多解決方案都需要一個微型機器來進行調用。低成本的一次性無線電需要傳輸數據。雖然與發射器的串行接口有助于保持較小的尺寸，但將微型發射器放在與發射器相同的芯片上可以實現更小，更可靠的解決方案。

在本系列的第3部分中，我們將介紹在同一芯片或同一封裝內嵌入專用微控制器的單芯片發送器。這可以使我們的一次性無線電更加強大，并且可以增加諸如更高的允許功率水平，跳頻和擴頻技術，數據加密和同步操作等優點。