|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Mikroukłady do radiomodemów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Cywilna łączność radiowa Transmisja danych na krótkie odległości drogą radiową staje się coraz bardziej powszechna w życiu codziennym. Powszechne są już „klucze radiowe” do alarmów samochodowych i zdalne sterowanie różnymi obiektami, coraz większą popularnością cieszą się „myszy radiowe” i „klawiatury radiowe” komputerów itp. Nadszedł czas na bezprzewodowe łączenie komputerów w sieć. W tym artykule czytelnik zapozna się ze specjalistycznymi mikroukładami zaprojektowanymi w celu rozwiązania takich problemów. Do niedawna każdy, kto pierwszy raz zobaczył „tylną” stronę jednostki systemowej działającego komputera, był zdumiony siatką podłączonych do niej przewodów i kabli, które trafiały do znacznej liczby urządzeń wchodzących w interakcję z komputerem. Wprowadzenie magistrali USB omijającej wszystkie urządzenia połączone szeregowo upraszcza sieć kablową, ale nie rozwiązuje całkowicie problemu. Próby wykorzystania promieniowania podczerwonego do komunikacji między komputerem a jego urządzeniami peryferyjnymi nie są zbyt udane, ponieważ między źródłem a odbiornikiem promieni IR wymagana jest bezpośrednia widoczność, a rzeczywisty zasięg niezawodnej komunikacji nie przekracza dwóch metrów. Ponadto konkurujący producenci sprzętu nie opracowali jeszcze ujednoliconego protokołu wymiany danych. Dlatego obecność adaptera IrDA w komputerze nie gwarantuje możliwości komunikacji z żadnym urządzeniem wyposażonym w IrDA. W ostatnim czasie coraz bardziej rozwija się idea organizowania komunikacji „krótkiego zasięgu” pomiędzy komputerami znajdującymi się w tym samym lub sąsiadujących pomieszczeniach a urządzeniami z nimi współpracującymi (drukarki, skanery, modemy itp.) za pośrednictwem kanału radiowego. Jednak pomimo pozornej prostoty i oczywistości tego podejścia, na drodze do jego wdrożenia pojawia się tak wiele trudności, że problemu nadal nie można uznać za rozwiązany. Przynajmniej cel głoszony przez niektórych programistów „dodaj po jednym chipie do każdego komputera i urządzenia peryferyjnego – i gotowe” jest wciąż bardzo odległy. Niemniej jednak „proces się rozpoczął”. Podejmowane są próby opracowania ujednoliconych technologii i protokołów „lokalnej” komputerowej komunikacji radiowej. Najbardziej znane z nich to Bluetooth, IEEE 802.11, UWB i Nome RF, które ze sobą konkurują. Zwycięzca zostanie wyłoniony na podstawie praktycznej oceny deklarowanych zalet i wad proponowanych technologii w najbliższej przyszłości. W międzyczasie producenci węzłów niezbędnych do komunikacji dowolnym protokołem - mikroukładów transceiverów mikrofalowych (transceiverów) - skupiając się na jednym z protokołów, mimo to przewidują możliwość wykorzystania innych. W tym artykule porozmawiamy o niektórych z tych żetonów. Norweska firma BlueChip Communications AS produkuje jednoukładowe mikroukłady radiowe nadawczo-odbiorcze ВСС418 i ВСС918, które charakteryzują się zużyciem energii w mikroenergii, możliwością pracy w szerokim zakresie temperatur (od -40 do +85 ° C) i są przeznaczone głównie do wymiany danych cyfrowych w sieciach radiowych w zakresie 400 i 900 MHz. Głównymi zastosowaniami tych transceiverów są zdalne czujniki stosowane w przemyśle, systemach bezpieczeństwa i medycynie. Ponadto można je stosować w systemach monitorowania środowiska, komputerowych sieciach radiowych o niskiej prędkości, zdalnych czytnikach kodów kreskowych, dwukierunkowym przywołaniu itp. Mikroukłady mają podobną budowę wewnętrzną i parametry, produkowane są w plastikowych obudowach TQFP-44 (wymiary 12x12 mm) z czterostronnym układem pinów i różnią się jedynie tym, że VSS418 obsługuje zakres 300..600 MHz, a VSS918 - 700. ..1100 MHz. Częstotliwość roboczą i inne tryby pracy mikroukładów nadawczo-odbiorczych ustawia się za pomocą 80-bitowego polecenia wpisanego w szeregowym kodzie binarnym do specjalnego rejestru mikroukładu. Aby zapewnić elastyczność w zastosowaniu tych mikroukładów, możliwe jest zaprogramowanie ośmiu poziomów mocy wyjściowej nadajnika (odstęp - 3 dB, poziom maksymalny - 10 mW), dwóch (dla VSS418) lub czterech (dla VSS918) wartości wzmocnienia stopnie wejściowe odbiornika (pozwala obniżyć czułość o 25..33 dB), a także cztery pasma filtra dolnoprzepustowego (10, 30, 60 lub 200 kHz). Inne cechy konstrukcyjne tych transceiverów obejmują zastosowanie metody bezpośredniej konwersji częstotliwości w odbiorniku, obecność dwukanałowego syntezatora częstotliwości z zewnętrzną pętlą PLL, zapewniającą bardzo gęstą siatkę częstotliwości (setki herców), wyjścia detektora blokady LockDet i poziomu odbieranego sygnału RSSI, a także wbudowany odbiornik z filtrem dolnoprzepustowym z przestrajalnym siedmiobiegunowym żyratorem eliptycznym. Do przesyłania informacji stosuje się kluczowanie częstotliwości nośnej (FSK) z odchyleniem wybieranym zgodnie z wymaganą szybkością odbioru/transmisji danych. Maksymalna prędkość transmisji obsługiwana przez chipy nadawczo-odbiorcze BCC wynosi 128 kBaud. Dla prędkości 9,6 kbodów i mniejszych zalecana odchyłka wynosi ±25 kHz. Dzięki czułości odbiornika -105 dBm i antenom dookólnym gwarantuje to zasięg komunikacji w otwartej przestrzeni do 700 m. Znamionowe napięcie zasilania wynosi 3 V. Pobór prądu w trybie nadawania nie przekracza 50 mA, w trybie odbioru - 8 mA, w trybie czuwania - mniej niż 2 µA. Główny oscylator nadajnika i lokalny oscylator odbiornika to syntezator częstotliwości składający się z oscylatora sterowanego napięciem (VCO), dwóch programowalnych dzielników częstotliwości i pętli PLL (PLL). Aby ustabilizować częstotliwość syntezatora, zaleca się zastosowanie wysokiej jakości rezonatora kwarcowego o częstotliwości 10 MHz. W układach nadawczo-odbiorczych BCC, w zależności od wymaganej szybkości przesyłania danych, można zastosować jeden z czterech sposobów manipulacji częstotliwością nadajnika - poprzez zmianę współczynnika podziału jednego z liczników syntezatora, przełączanie pomiędzy dwoma zaprogramowanymi dzielnikami częstotliwości, modulowanie ( przeciąganie) częstotliwość referencyjnego rezonatora kwarcowego lub bezpośrednia modulacja VCO. Część odbiorcza wykonana jest w oparciu o obwód bezpośredniej konwersji częstotliwości i zawiera cyfrowy detektor częstotliwości. Demodulację przeprowadza się poprzez porównanie faz odbieranego sygnału w kanałach w fazie I i kwadraturowych Q. Jeśli w kanale I pozostaje w tyle za Q, częstotliwość sygnału jest wyższa niż częstotliwość lokalnego oscylatora, jeśli jest do przodu, jest od niej niższa. Tak zwany „jitter” (jitter krawędziowy) odbieranych danych, nieodłącznie związany z takimi obwodami, z reguły nie stwarza żadnych problemów podczas odbierania danych cyfrowych, ale jego wielkość należy wziąć pod uwagę w przypadkach, gdy moment ważne jest pojawienie się krawędzi sygnału. Jitter maleje wraz ze wzrostem odchylenia częstotliwości ΔF, a jego maksymalna wartość nie przekracza 1/(4ΔF). System PLL dostraja lokalny oscylator do średniej częstotliwości sygnału, dlatego aby uniknąć awarii, przesyłana sekwencja kodu musi zawierać równą liczbę zer logicznych i jedynek. Wymóg ten, wspólny dla cyfrowych systemów komunikacji, należy wziąć pod uwagę przy wyborze metody kodowania przesyłanych danych. Firma BlueChip Communications zaleca w tym celu użycie kodu blokowego Manchester lub 4BXNUMXB. Do kontroli pracy PLL w transiwerach BCC można wykorzystać specjalnie zaprojektowane wyjście LockDet – detektor zamka. Stałe napięcie na wyjściu RSSI jest proporcjonalne do logarytmu mocy sygnału na wejściu odbiornika i zależność ta utrzymuje się w zakresie dynamiki około 70 dB. Typowy schemat połączeń mikroukładu BCC418 pokazano na ryc. 1. Varicap D1 i jego otoczenie - elementy VCO i PLL. Rezonator kwarcowy ZQ1, jak już wspomniano, ustala częstotliwość odniesienia. Cewki indukcyjne i większość kondensatorów po prawej stronie schematu są zawarte w obwodzie mikrofalowym w celu dopasowania wejścia i wyjścia transiwera do anteny WA1. Obwód R15D3L3D2 służy do podłączenia anteny do wejścia odbiornika lub wyjścia nadajnika układu nadawczo-odbiorczego.
W oparciu o mikroukłady BCC418 i BCC918 produkowane są moduły mikrofalowe RFB433, RFB868 i RFB915, zbudowane według schematów podobnych do omówionych powyżej (rys. 1). Mają wymiary około 25x25x3 mm i zaciski przystosowane do montażu natynkowego. Moduły są zoptymalizowane (ustawione przez producenta) dla szybkości transmisji 19,2 kBaud i pracy odpowiednio w pasmach ISM 433,4...434,4 MHz, 868,8...869 MHz i 903...927 MHz, przy czym mogą pracować w szerszym zakresie częstotliwości. Dopasowana antena (o impedancji zasilacza 50...100 Ohm) może być podłączona bezpośrednio do modułów, bez konieczności stosowania dodatkowych elementów mikrofalowych. Skrót ISM zwykle oznacza zakresy przeznaczone do działania na promieniowaniu pochodzącym ze sprzętu do celów przemysłowych (przemysłowych), naukowych (naukowych) i medycznych (medycznych). W Europie i USA do pracy w tych pasmach nie jest wymagana żadna licencja. BlueChip Communications oferuje twórcom sprzętu płytki ewaluacyjne (zestawy ewaluacyjne, zestaw 2 sztuk) zawierające moduł mikrofalowy, antenę z obwodem drukowanym i mikrokontroler PIC16LC63A. Za pomocą oprogramowania dołączonego do tablic można zorganizować dwukierunkową transmisję danych pomiędzy dwoma komputerami znajdującymi się w odległości do 300 m. Jednym z najnowszych osiągnięć firmy jest radiomodem MOD433, podłączany poprzez interfejs RS232 do portu COM komputera, do źródła zasilania 6...9 V i do dopasowanej anteny zewnętrznej. Radiomodem jest skonfigurowany na prędkość transmisji danych 19,2 kBaud i wykorzystuje dziesięć częstotliwości roboczych z zakresu 433,4...434,4 MHz, skanowanych automatycznie z częstotliwością 100 ms. Transceivery w paśmie ISM są również produkowane przez inne firmy. Na przykład Texas Instrument produkuje mikroukłady TRF6900 i TRF6901 w obudowie PQFP-48. Pierwszy z nich obejmuje zakres częstotliwości 850...950 MHz, drugi - 860...930 MHz. Moc nadajnika wynosi 3 mW, współczynnik szumów odbiornika wynosi 3,3 dB. Zewnętrzny interfejs cyfrowy transiwerów skupia się na mikrokontrolerze MSP430 tej samej firmy. Amerykańska firma Atmel Corporation, znana z układów pamięci i mikrokontrolerów, nie stała z boku . Dołączywszy do Stowarzyszenia Bluetooth (nawiasem mówiąc, nazwa pochodzi od pseudonimu króla Haralda, który rządził Danią i Norwegią w X wieku), opracowała szereg mikroukładów obsługujących ten protokół. Najbardziej złożonym z nich jest kontroler protokołu AT76C511. Dość powiedzieć, że jest wykonany w 176-pinowej obudowie, zawiera 32-bitowy rdzeń obliczeniowy RISC ARM7TDMI, a do realizacji wszystkich funkcji Bluetooth potrzebuje 256 KB zewnętrznej pamięci RAM i tyle samo pamięci FLASH lub innej pamięci nieulotnej pamięć. Do komunikacji z komputerem układ AT76C511 jest wyposażony w trzy różne interfejsy: USB, PCMCIA i emulator UART 16550. W przyszłości planowane jest wydanie uproszczonych wersji, z których każda będzie miała tylko jeden interfejs. Sterownik organizuje komunikację radiową, „sterując” modułem mikrofalowym - mikroukładem T2901 tej samej firmy. Komunikacja odbywa się na 79 częstotliwościach stałych z zakresu 2400...2500 MHz. Zgodnie z protokołem Bluetooth częstotliwość robocza zmienia się gwałtownie co 625 μs, a prawo zmian jest znane abonentom, którzy nawiązali połączenie, ale jest nieprzewidywalne dla innych. Dzięki temu dwa lub więcej kanałów komunikacyjnych, działających jednocześnie w tym samym paśmie częstotliwości, nie zakłócają się wzajemnie. Rzadkie awarie spowodowane losową, krótkotrwałą zbieżnością częstotliwości nadajników są szybko eliminowane dzięki wielopoziomowemu systemowi odpornego na zakłócenia kodowania danych i korekcji błędów zapewnianego przez protokół. To prawda, że w rezultacie „czysta” szybkość wymiany danych wynosząca 1 Mbit/s zostaje zmniejszona o około 20%. Typowy schemat połączeń mikroukładu T2901 pokazano na ryc. 2 nie pokazano licznych kondensatorów blokujących 4,7 pF podłączonych do wszystkich pinów zasilania i sterowania. Sygnał częstotliwości odniesienia jest dostarczany na pin 1 (CLK). Możliwe jest programowe wybranie jednej z czterech możliwych wartości. Moc nadajnika - 1 mW. Informacje są przesyłane poprzez kluczowanie z przesunięciem częstotliwości nośnej z nominalnym odchyleniem ±160 kHz. Sygnał modulujący można wstępnie przefiltrować za pomocą wbudowanego filtra dolnoprzepustowego Gaussa. Filtr ten włącza się i wyłącza przełącznikiem SW1.
Odbiornikiem w tym przypadku jest zwykła superheterodyna o częstotliwości pośredniej 111 MHz. Jego współczynnik szumów wynosi 12 dB. Selektywność zapewniają filtr SAW F1, obwody oscylacyjne z cewkami L2 i L3 – elementy wzmacniacza i dyskryminatora częstotliwości. Tranzystor Q1 jest częścią wewnętrznego regulatora napięcia zasilania. Prąd pobierany przez mikroukład jest prawie niezależny od trybu odbioru/nadawania i wynosi około 60 mA, a dopiero w trybie czuwania spada do kilkudziesięciu mikroamperów. Ciekawostką konstrukcji mikroukładu T2901 jest to, że sygnał nadajnika generowany jest z podwójną częstotliwością (4800...5000 MHz), która przed przesłaniem na wyjście jest dzielona na dwie części. Demodulator odbiornika pracuje również na częstotliwości o połowę niższej od częstotliwości pośredniej – 55,5 MHz. Aby zwiększyć moc wyjściową i czułość transiwera T2901, Atmel oferuje dodatkowe mikroukłady dla mikrofalowego wzmacniacza mocy (T7023) i podobnego wzmacniacza w połączeniu z wejściem niskoszumowym (T7024). Ich cechą jest obecność specjalnego wejścia do regulacji mocy wyjściowej, co pozwala na płynne włączanie i wyłączanie nadajnika oraz ustawianie minimalnego poziomu mocy emitowanego sygnału wystarczającego do utrzymania komunikacji. Środki te minimalizują zakłócenia powodowane przez inne kanały komunikacyjne działające w tym samym zasięgu. Moc wyjściowa obu mikroukładów wynosi 200 mW, współczynnik szumów mikroukładu T7024 nie przekracza 2,3 dB. Autor: A. Dołgij, Moskwa
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Nowe SDK do rozwoju systemów sterowania silnikami w oparciu o STM32 ▪ Adapter do monitora 4K przez USB ▪ Soundbary Yamaha YAS-109 i YAS-209 ▪ Węży i pająków boimy się od urodzenia ▪ Detektory diamentowe do poszukiwania ciemnej materii
▪ sekcja serwisu Ciekawostki. Wybór artykułów ▪ artykuł Klasyfikacja głównych form działalności człowieka. Podstawy bezpiecznego życia ▪ Jak nastąpił punkt zwrotny podczas II wojny światowej? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Kierownik Wydziału Ogólnego. Opis pracy
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony