八張圖帶你了解雙向射頻收發(fā)器NCV53480在下一代RKE中的應(yīng)用

當(dāng)前無線遙控門禁系統(tǒng)（RKE）已經(jīng)逐漸廣泛被市場(chǎng)接受，其主要原因一個(gè)是便捷性，另外就是安全性。

目前市場(chǎng)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(rèn)車門已鎖。同時(shí)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(duì)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(shì)是單芯片高頻收發(fā)， Rx與Tx可以直接共用同一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和天線。并且可以通過sniff模式實(shí)現(xiàn)高頻遠(yuǎn)端喚醒，同時(shí)又有較低的待機(jī)功耗。從而降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和成本，實(shí)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(dá)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(dá)到-109dBm， OOK可以達(dá)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(jī)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(shí)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(xiàng)叫做Quick？Start Oscillator的知識(shí)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(shí)間，在NCV53480中使用了安森美的QSO技術(shù)。QSO是一個(gè)基于外部晶振而調(diào)教出的內(nèi)部振蕩器。

QSO可以驅(qū)動(dòng)晶振在晶振電感中快速建立足夠的能量，從而可以將啟動(dòng)時(shí)間從ms級(jí)提升至us級(jí)。進(jìn)而使得IC能夠快速響應(yīng)和判斷射頻信號(hào)。

下面的時(shí)序圖描述了QSO的具體工作時(shí)序：

應(yīng)用QSO技術(shù)，NCV53480設(shè)計(jì)了2種sniff模式來實(shí)現(xiàn)低靜態(tài)功耗：

（1）Wake on Energy 模式

NCV53480 可以設(shè)定一個(gè)sniff interval值，確定每隔多長時(shí)間自動(dòng)檢測(cè)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(cè)SOF（start of frame）， 檢測(cè)到SOF后，檢測(cè)Chip ID， 當(dāng)Chip ID也檢測(cè)到之后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Xint 中斷信號(hào)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(jìn)入Sniff模式，然后MCU自己再進(jìn)入深度睡眠。如此循環(huán)。

（2）Wake on Pattern 模式

NCV53480 可以設(shè)定一個(gè)sniff interval值，確定每隔多長時(shí)間自動(dòng)檢測(cè)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(cè)Chip ID， 當(dāng)Chip ID也檢測(cè)到之后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Xint 中斷信號(hào)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(jìn)入 Sniff模式，然后MCU自己再進(jìn)入深度睡眠。如此循環(huán)。

在實(shí)際應(yīng)用中， NCV53480在Sniff模式下實(shí)現(xiàn)自己輪詢，從而解放MCU，使MCU以及其他部件進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)，降低系統(tǒng)待機(jī)功耗。當(dāng)NCV53480接收到高頻喚醒信號(hào)后，發(fā)送中斷信號(hào)給MCU，從而喚醒整個(gè)系統(tǒng)。

待機(jī)過程中只有NCV53480需要活動(dòng)，所以其在Sniff 模式下待機(jī)功耗的評(píng)估就顯得非常重要。我們以Wake On Pattern 模式為例詳細(xì)說明一下。

在Wake On Pattern模式中評(píng)估NCV53480功耗的幾個(gè)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(shí)間內(nèi)大部分時(shí)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(shí)間來檢測(cè)是否有wake pattern，這段時(shí)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(shí)間來確認(rèn)Chip ID是否正確，這段時(shí)間屬于基本接收狀態(tài)

●Wake Pattern誤判斷概率 （Pm）---待機(jī)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(jìn)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(jī)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(gè)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(shí)間搜索16位（最大16位）的wake pattern， （Trd）=10ms；

搜索到wake pattern后用3ms的時(shí)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(gè)系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)非常低功耗的待機(jī)模式。 既使用250mAh的電池也可以待機(jī)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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)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(gè)天線。有些RF IC需要外加一個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)高頻待機(jī)喚醒又保持較長的電池壽命提供了可能。Rx/Tx自動(dòng)切換電路節(jié)省了外部 RFswitch。從而可以實(shí)現(xiàn)更加簡約的雙向RKE的系統(tǒng)。