CC BY
76Компоненты и технологии, № 7'2003 Компоненты
Существует ли альтернатива
Bluetooth?
Казалось бы, зачем задавать такой вопрос? Ведь уже хорошо известно, что Bluetooth стандартизирован на мировом уровне, что Bluetooth очень широко распространен, что Bluetooth способен обеспечить высокую скорость передачи данных, что... и так далее. Действительно, Bluetooth укрепился в мире и развивается, а для большинства систем он является единственным решением. А что же делать, когда стоимость системы критична — если за несколько долларов нужно предоставить полноценное решение. Ответ на этот вопрос дает компания AMIC Technology, представляя на рынке свое оригинальное беспроводное решение интерфейса для передачи речи, данных и всего, что может потребоваться.
Игорь Лепихин
igorl@gamma.spb.ru
Предпосылки создания собственной системы радиоинтерфейса
Несмотря на широкую распространенность, модули, работающие по стандарту Bluetooth, имеют один серьезный и практически непреодолимый недостаток — высокую цену. Другой важной особенностью Bluetooth является отсутствие возможности формирования симплексного канала связи, что зачастую бывает крайне необходимо. Наконец, большая скорость передачи данных, в принципе, и обусловливающая высокую стоимость чипа Bluetooth, зачастую бывает излишней. Помните основную идею телекоммуникаций — связь всегда, везде и с любым объектом? Мудрому холодильнику вовсе не нужны те сотни килобит, которые предлагает Bluetooth, по той причине, что по GPRS-каналу их не передать, а системы 3-го поколения так и не прижились. Короче говоря, Bluetooth для большинства задач не является оптимальным. А что, если преодолеть все эти недостатки? Если создать более гибкую по конфигурации систему, менее скоростную и более дешевую? Возможно, это и есть оптимальная система радиоинтерфейса, применимая практически в любом приложении? Конечно же, да. Именно такую систему нам демонстрирует AMIC Technology. Эта компания уже известна на российском рынке своими передовыми технологиями в производстве микросхем памяти, и вот теперь новая отрасль, новый продукт и вновь революционное решение.
Первенцами перспективной серии RFIC-микросхем от AMIC Technology стали приемопередатчик A7101 и передатчик A7301. Обе микросхемы входят в состав готовых модулей, о которых будет рассказано ниже. Теперь о каждой микросхеме в отдельности.
Приемопередатчик A7101
Приемопередатчик А7101 представляет собой небольшую беспроцессорную систему на кристалле с интегрированным радиочастотным приемопере-
дающим модулем. В микросхему встроены такие важные модули, как детектор низкого напряжения, схема SPI-интерфейса и прочие полезные системы. По сути, микросхема A7101 представляет собой простую и дешевую базовую станцию для радиоинтерфейса от AMIC Technology (табл. 1, рис. 1).
На входе приемника установлен малошумящий усилитель, дающий максимальный выигрыш в полосе сигнала по сравнению с уровнем шумов, складывающихся с полезным сигналом в радиоканале.
Встроенный радиочастотный смеситель служит для переноса пришедшего полезного радиочастотного сигнала на промежуточную частоту. Смеситель выполнен по схеме сдвоенного балансного смесителя Гильберта, и его выходной каскад имеет выходное сопротивление 330 Ом. Таким образом, при желании использовать промежуточную частоту со стандартным радиочастотным трактом необходимо использовать трансформатор импеданса, например конденсатор.
Таблица 1. Основные характеристики приемопередатчика А7101
Частотный диапазон 2416-2478 МГц
Тип модуляции ЧМ
ВЧ Выходная мощность (программируемая) -15 дБм (низкий уровень); -5 дБм (высокий уровень)
Типовое расстояние действия 5 ~ 10 м
Режимы работы Спящий, Ждущий, Передача, Прием
Время перехода в активный режим 10 мс (Спящий - Ждущий); 1 мс (Ждущий - Передача)
Ток в активном режиме (ТХ) 15 мА (типовое; @ низкий уровень); 17 мА (типовое; @ высокий уровень)
Ток в активном режиме ^Х) 30 мА (типовое)
Ток в спящем режиме(ТХ/РХ) 5 мкА
Напряжение питания 2,2-5,0 В
Скорость передачи данных 9,6-64 кбит/с
Число каналов 32
Корпус ОРЫ 48 выводов, 7мм М х 7мм (1)
Компоненты и технологии, № 7'2003
LIM 1INN
LIM 1INP
34 35 36 37 38
39 40 41 42
43 48
> DEMOD
Limiter2
2
Data Slicer
Integrator
Mode
Selection
О £ * и X у 2 ш
Ç Z і— э О і Z Z 1 і У и, * со а О О О
> > «я ю от 5 і
12 13 14 16 22 23
17 18 19
20 24
Рис. 1. Структурная схема приемопередатчика А7101
Ограничитель по промежуточной частоте состоит из двух секций. Первая секция состоит из трех операционных усилителей и выходного буфера, выходное сопротивление которого изнутри согласовано с 330 Ом, что позволяет напрямую подключать его к внешнему 330-омному керамическому фильтру. Второй фильтр может быть включен между первым и вторым ограничителем для увеличения избирательности приемника. Минимально необходимый уровень сигнала на первом ограничителе, чтобы второй вы-
дал сигнал на выходе, составляет 100 шУгш8. Таким образом, первый ограничитель дает выигрыш примерно в 34 дБ. Для соединения первого ограничителя с «землей» необходима проходная емкость в 10 нФ. Второй ограничитель состоит из четырех дифференциальных усилителей и дифференциального вы-
ходного буфера. Второй ограничитель обеспечивает выигрыш примерно 40 дБ. Выход этого ограничителя напрямую подключен к FSK-демодулятору. Так же как и в первом случае, для соединения ограничителя с «землей» необходима проходная емкость 10 нФ.
FSK-демодулятор выделяет полезный сигнал с несущей. Он состоит из квадратурного умножителя, резонансного LC-контура и настроечного контура для задания резонансному контуру собственной частоты.
Фильтр низких частот образуется соединением внутреннего операционного усилителя и внешней RC-цепочки. Полоса пропускания фильтра определяется значениями внешней емкости и внешнего сопротивления.
Ограничитель данных или компаратор сравнивает уровень сигнала с выхода ФНЧ с опорным напряжением и в зависимости от этого выдает бинарный сигнал.
Таким образом и происходит работа приемопередатчика A7101 от AMIC Technology. Для обеспечения симплексного канала связи, то есть связи в одну сторону, совсем необязательно иметь полноценный приемопередатчик, достаточно лишь передатчика, который сообщал бы о нажатой клавише на клавиатуре или о положении курсора мыши. Таким устройством и является следующая микросхема из серии AMIC RFIC — передатчик A7301.
Передатчик А7301
Микросхема A7301 представляет собой законченное полноценное передающее устройство, использующее частотную манипуляцию в качестве метода модуляции. Передатчик ориентирован на применение в системах радиоинтерфейса диапазона 2,4-2,5 ГГц, имеет встроенный программируемый синтезатор частоты и выпускается в пластиковом 32-выводном корпусе (табл. 2, рис. 2).
Таблица 2. Основные передатчика А7301
характеристики
Частотный диапазон 2416-2478 МГц
Тип модуляции ЧМ
ВЧ выходная мощность (программируемая) -12 дБм (низкий уровень); -2 дБм (высокий уровень)
Режимы работы Выкл, Спящий, Ждущий, Передача
Время перехода в активный режим 10 (Спящий - Ждущий); 1 мс (Ждущий - Передача)
Ток в активном режиме (передача) 15 мА (типовое; @ низкий уровень); 17 мА (типовое; @ высокий уровень)
Ток в спящем режиме 5 мкА
Рабочее напряжение 3,3-5,0 В (с внутренним регулятором); 2,2-3,3 В (без внутреннего регулятора)
Флаг севшей батареи активен @ 2,2 В (регулируемо)
Скорость передачи данных 9,6-64 Кбит/с
Число каналов 32
Корпус ОРЫ 32 выводов 5 мм (^ х 5 мм (1)
Компоненты и технологии, № 7'2003
Функциональное назначение схожих по названию узлов схемы аналогично микросхеме A7101, поэтому подробное описание их приводиться не будет. Остановимся лишь на особенностях данной микросхемы.
PLL-секция микросхемы A7301 состоит из нескольких частей: M-счетчика, A, B-счетчиков, R-счетчика и частотного детектора фазового типа (рис. 3).
М-счетчик состоит из предварительного делителя частоты, управляющей логики и двух счетчиков: А и В, где происходит формирование сигнала по формуле: M = Бх32+Л. В свою очередь, счетчики А и В могут быть сконфигурированы произвольным образом через специальные конфигурационные регистры цифрового синтезатора частоты (SCR). Подробно эта процедура расписана в технической документации на микросхему. Наконец, R-счетчик также принимает участие в формировании частоты синтезатора, и также он может быть запрограммирован через свои собственные регистры. Результирующая частота, получаемая на выходе синтезатора, определяется соотношением fVCO = = fcrystalx(32xB+A)/R.
Частотный детектор фазового типа (PFD) работает на выходных сигналах с М-таймера и с R-таймера. Выходной сигнал детектора пропорционален фазовой и частотной разности между значениями R-счетчика и М-счет-чика (рис. 4).
Компания AMIC Technology представляет как отдельные микросхемы для формирования радиоинтерфейса, так и готовые модули, речь о которых пойдет ниже.
Модули для формирования радиоинтерфейса от AMIC Technology
Исходя из потребностей и возможностей большинства современных потребителей, наибольшим спросом пользуются не отдельные микросхемы, а готовые модули с функциональным назначением микросхем, на основе
IF фильтр А7101 Резонатор RF фильтр
30мм
42мм
Рис. 5. Модуль приемопередатчика MD7101
Таблица 3. Основные характеристики модуля приемопередатчика MD7101
которых они строятся и дополнительными интерфейсами, модулями памяти и т. д., чтобы предоставить пользователю как можно более полное решение. На основе двух микросхем производится два модуля: MD7101 — модуль приемопередатчика, в основу которого легла описанная выше микросхема A7101 (рис. 5, табл. 3), и модуль MD7301 на основе микросхемы A7301 (рис. 6, табл. 4).
Применение радиочастотных модулей от AMIC Technology
В названии статьи говорится, что решение от AMIC Technology может служить альтернативой распространенным системам, работающим по стандарту Bluetooth. Вот именно это и определяет основные области применения описываемого решения. Вот лишь некоторый диапазон применения данного решения, связанный с теми или иными его положительными качествами. Для начала приведем сравнительную таблицу, дающую оценку описываемому беспроводному интерфейсу по сравнению с интерфейсами Bluetooth и радиоинтерфейсу 27 МГц.
Низкая потребляемая мощность обуславливает применение беспроводного интерфейса от AMIC в таких устройствах, как портативные устройства коммуникации. Это могут быть и gamepad'bi, и считыватели бесконтактных карт, и пульты дистанционного управления телевизорами или автомагнитолами, и системы автосигнализации — словом, все те устройства, в которых требование к низкому энергопотреблению является одним из ключевых.
Низкая стоимость чипов и модулей способствует распространению решения в область беспроводных HID-решений. Это беспроводные мыши, клавиатуры, джойстики и прочие элементы IT-рынка.
Небольшой радиус действия также имеет некоторые преимущества. Появляется возможность организации беспроводных интерфейсов на одном и том же типе микро-
Напряжение питания 4-5 В
Потребление по току (типовое) 150 мкА @ спящий режим; 1,3 мА @ ждущий режим; 30 мА @ режим передачи
Частотный диапазон 2416-2478 МГц
Чувствительность -75 дБм (мин)
Тип модуляции ЧМ
Расстояние между каналами 2 МГц
Число каналов 32
Интерфейс 6-выводной, головка 2 мм
Размеры 42x30x6 мм
Рабочий диапазон температур 0-50 °С
Антена
А7301
RF-фильтр
Crystal
30мм
30мм
Рис. 6. Модуль передатчика MD7301
Таблица 4. Основные характеристики модуля приемопередатчика MD7101
Напряжение питания 2,2-3,3 В
Потребление по току (типовое) 150 мкА @ спящий режим; 1.3мА @ ждущий режим; 14мА @ Tx режим, низкий уровень; 17мА @ Tx режим, высокий уровень
Частотный диапазон 2416-2478 МГц
Выходная мощность -13 ± 3 дБм @ низкий уровень, Vin = 2,5 В; -3 ± 3 дБм @ высокий уровень, Vin = 2,5 В
Тип модуляции ЧМ
Расстояние между каналами 2 МГц
Число каналов 32
Радиус действия 5~10 м
Интерфейс 6-выводной, головка 2 мм
Размеры 30x30x6 мм
Рабочий диапазон температур 0-50 °С
Компоненты и технологии, № 7'2003
Таблица 5. Сравнение технологий
Решение AMIC 2,4 ГГц Bluetooth Решение 27 МГц
Интерференция Низкая Низкая Высокая
Стоимость Низкая Оч. Высокая Низкая
Интегрированный RF Да (КМОП) Да Нет
Перескок частоты Да Да Нет
Режим Multi-point Да Да Нет
Радиус действия 10 м 10 м < 3 м
Размер модуля Оч. маленький Оч. маленький Большой
RF производительность Высокая Высокая Низкая
Энергопотребление Низкое Низ. - Среднее Среднее
Скорость передачи до 64 кбит/с до 1 Мбит/с < 5 кбит/с
Дуплекс Полудуплекс/симплекс Полудуплекс (ТРР) Симплекс
Режим Transmitter only. Да Нет Да
Полное решение (Мышь/клав.) Да Да Нет
Несколько каналов Да Да Нет
Антиколлизия пакетов Да Да Нет
схем с пространственным разделением. Это позволяет охватить область охранных систем многокомнатных помещений (по модулю в каждую комнату, и мешать друг другу не будут). Также есть применение в мобильных телефонах, карманных компьютерах и бытовой технике.
Небольшой размер чипов и модулей позволяет применять решение в портативных фотоаппаратах, видеокамерах, беспроводных видео- и аудиорешениях, таких, как беспроводные наушники, кодеки, микрофоны и так далее. Это лишь небольшой перечень применений беспроводного интерфейса от AMIC Technology.
Конечно же, AMIC Technology смотрит в будущее и предлагает анонсы некоторых перспективных разработок. Даже на имеющихся в наличии чипах можно строить многоканальную систему высокоскоростной передачи данных. 32 канала по 64 кбит/с в каждом позволяют организовать радиоинтерфейс со скоростью обмена до 2 Мбит/с, что уже в 2 раза превосходит Bluetooth по скорости. Достигается это за счет объединения нескольких каналов в один, но более широкий, где и скорость, соответственно, будет в несколько раз выше.
Уже сейчас на подходе интегрированный приемопередатчик — базовая станция, построенная на описанных микросхемах A7101
и A7301, модуль которой оснащен встроенной USB-шиной. Также планируются к выпуску программно-аппаратный приемник A8101 с интерфейсами USB и PS/2, передатчик A8301 и A8302 с интерфейсами Mouse/Keyboard, что идеально ложится на тему создания беспроводных HID-решений. Наконец, во втором квартале 2004 года выйдет в свет мультипротокольный RF-контроллер базовой станции A8606, что еще больше расширит круг применения радиочастотных решений от AMIC Technology. Все вышеуказанные чипы имеют совместимость со стандартом Bluetooth 1.1, а передатчики — с Blue-RF. Более того, вскоре в свет выйдет и беспрецедентное решение Bluetooth от AMIC Technology — микросхема A7121, которая сможет в канале Bluetooth передавать данные со скоростью до 2 Мбит/с.
Подводя некоторый итог, можно отметить, что для российского потребителя, которому вопрос цены далеко небезразличен, решение радиоинтерфейса от AMIC Technology является оптимальным. По своим возможностям оно ни в чем не уступает, а в некоторых позициях даже превосходит Bluetooth, что немаловажно. Ну и, наконец, для тех, кто с Bluetooth уже «породнился», AMIC Technology предполагает совместимость с этим распространенным стандартом.
Всю информацию по продукции AMIC Technology можно найти на сайте www.amictechnology.com.
