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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 무선 모뎀용 칩. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선을 통한 단거리 데이터 전송은 일상 생활에서 점점 일반화되고 있습니다. 자동차 경보기나 각종 사물의 원격제어를 위한 '라디오 키'는 이미 일반화됐고, 컴퓨터의 '라디오 마우스'나 '라디오 키보드' 등도 인기를 얻고 있다. 컴퓨터를 무선으로 네트워크에 연결하는 시대가 도래했다. 이 기사에서는 독자들에게 이러한 문제를 해결하도록 설계된 특수 마이크로 회로를 소개합니다. 최근까지 작동하는 컴퓨터 시스템 장치의 "뒷면"을 처음 본 모든 사람들은 컴퓨터와 상호 작용하는 수많은 장치에 연결된 전선과 케이블의 웹에 놀랐습니다. 직렬로 연결된 모든 장치를 우회하는 USB 버스를 도입하면 케이블 네트워크가 단순화되지만 문제가 완전히 해결되지는 않습니다. 컴퓨터와 주변 장치 간의 통신을 위해 적외선을 사용하려는 시도는 그다지 성공적이지 않습니다. 왜냐하면 IR 광선의 소스와 수신기 사이에 직접적인 가시성이 필요하고 안정적인 통신의 실제 범위가 XNUMX미터를 초과하지 않기 때문입니다. 또한 경쟁 장비 제조업체는 아직 통합 데이터 교환 프로토콜을 개발하지 않았습니다. 따라서 컴퓨터에 IrDA 어댑터가 있다고 해서 IrDA가 장착된 장치와의 통신 기능이 보장되는 것은 아닙니다. 최근에는 동일하거나 인접한 방에 있는 컴퓨터와 이들과 상호 작용하는 장치(프린터, 스캐너, 모뎀 등) 간의 '단거리' 통신을 무선 채널을 통해 구성하는 아이디어가 점점 더 발전하고 있습니다. 그러나 이 접근 방식의 명백한 단순성과 명확성에도 불구하고 구현 과정에 너무 많은 어려움이 있어 여전히 문제가 해결된 것으로 간주할 수 없습니다. 적어도 일부 개발자가 "각 컴퓨터와 주변 장치에 하나의 칩을 추가하면 완료됩니다"라고 선언한 목표는 아직 멀었습니다. 그럼에도 불구하고 “과정이 시작되었습니다.” "로컬" 컴퓨터 무선 통신을 위한 통합 기술 및 프로토콜을 개발하려는 시도가 이루어지고 있습니다. 그 중 가장 유명한 것은 Bluetooth, IEEE 802.11, UWB 및 Nome RF가 서로 경쟁하는 것입니다. 가까운 시일 내에 제안된 기술의 선언된 장점과 단점을 실제로 평가하여 승자를 식별할 것입니다. 그 동안 모든 프로토콜(마이크로파 트랜시버(트랜시버)의 마이크로 회로)을 사용하여 통신하는 데 필요한 노드 제조업체는 프로토콜 중 하나에 중점을 두면서도 다른 프로토콜을 사용할 가능성을 포기했습니다. 이 기사에서는 이러한 칩 중 일부에 대해 설명합니다. 노르웨이 회사 BlueChip Communications AS 단일 칩 무선 송수신기 마이크로 회로 ВСС418 및 ВСС918을 생산합니다. 이는 마이크로 전력 에너지 소비, 넓은 온도 범위(-40 ~ +85°C)에서 작동할 수 있는 기능을 특징으로 하며 주로 디지털 데이터 교환을 위한 것입니다. 400MHz 및 900MHz 범위의 무선 네트워크에서. 이러한 트랜시버의 주요 응용 분야는 산업, 보안 시스템 및 의학에 사용되는 원격 센서입니다. 또한 환경 모니터링 시스템, 저속 컴퓨터 무선 네트워크, 원격 바코드 리더기, 양방향 페이징 등에 사용할 수 있습니다. 초소형 회로는 내부 구조와 매개변수가 유사하며 44면 핀아웃 배열을 갖춘 TQFP-12 플라스틱 패키지(치수 12x418mm)로 생산되며 VSS300이 600..918MHz 범위를 포괄하고 VSS700 - 1100이라는 점만 다릅니다. ..XNUMXMHz. 트랜시버 마이크로 회로의 작동 주파수 및 기타 작동 모드는 마이크로 회로의 특수 레지스터에 직렬 이진 코드로 입력된 80비트 명령을 사용하여 설정됩니다. 이러한 미세 회로 사용의 유연성을 보장하기 위해 송신기 출력 전력의 3개 레벨(간격 - 10dB, 최대 레벨 - 418mW), 918개(VSS25의 경우) 또는 33개(VSS10의 경우) 이득 값을 프로그래밍할 수 있습니다. 수신기 입력 단계(감도를 30 ..60dB 줄일 수 있음)와 200개의 저역 통과 필터 대역폭(XNUMX, XNUMX, XNUMX 또는 XNUMXkHz)이 있습니다. 이러한 트랜시버의 다른 설계 특징으로는 수신기에서 직접 주파수 변환 방법 사용, 외부 PLL 루프가 있는 XNUMX채널 주파수 합성기 존재, 매우 조밀한 주파수 그리드(수백 헤르츠) 제공, LockDet 잠금 감지기 출력 등이 있습니다. 수신된 RSSI 신호의 레벨과 내장된 조정 가능한 XNUMX극 타원형 자이레이터 저역 통과 필터 수신기가 있습니다. 정보를 전송하기 위해 필요한 데이터 수신/전송 속도에 따라 편차를 선택하는 반송파 주파수 편이 키잉(FSK)이 사용됩니다. BCC 트랜시버 칩이 지원하는 최대 전송 속도는 128kBaud입니다. 9,6kBaud 이하의 속도에서 권장되는 편차는 ±25kHz입니다. -105dBm의 수신기 감도와 전방향 안테나를 사용하면 최대 700m의 개방 공간에서 통신 범위를 보장합니다. 정격 공급 전압은 3V입니다. 전송 모드의 전류 소비는 수신 모드에서 50mA 이하입니다. - 8 mA, 대기 모드 - 2μA 미만. 송신기의 마스터 발진기와 수신기의 국부 발진기는 전압 제어 발진기(VCO), 두 개의 프로그래밍 가능 주파수 분배기 및 PLL 루프(PLL)로 구성된 주파수 합성기입니다. 합성기 주파수를 안정화하려면 주파수 10MHz의 고품질 석영 공진기를 사용하는 것이 좋습니다. BCC 트랜시버 칩에서는 필요한 데이터 전송 속도에 따라 송신기 주파수를 조작하는 네 가지 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다. 즉, 합성기 카운터 중 하나의 분배 계수를 변경하고, 프로그래밍된 두 개의 주파수 분배기 간을 전환하고, 변조( 드래그) 기준 석영 공진기의 주파수 또는 직접 VCO 변조. 수신부는 직접 주파수 변환 회로에 따라 만들어지며 디지털 주파수 검출기를 포함합니다. 복조는 동위상 I 채널과 직교 Q 채널에서 수신된 신호의 위상을 비교하여 수행됩니다. 채널 I에서 Q보다 뒤처지면 신호 주파수는 로컬 발진기 주파수보다 높고, 앞서면 신호 주파수는 낮습니다. 일반적으로 이러한 회로에 내재된 수신 데이터의 소위 "지터"(에지 지터)는 디지털 데이터를 수신할 때 문제를 일으키지 않지만, 신호 가장자리의 도착이 중요합니다. 지터는 주파수 편차 ΔF가 증가함에 따라 감소하지만 최대값은 1/(4ΔF)를 초과하지 않습니다. PLL 시스템은 로컬 발진기를 신호의 평균 주파수로 조정하므로 오류를 방지하려면 전송된 코드 시퀀스에 동일한 수의 논리 4과 XNUMX이 포함되어야 합니다. 전송된 데이터를 인코딩하는 방법을 선택할 때 디지털 통신 시스템에 공통적으로 적용되는 이 요구 사항을 고려해야 합니다. BlueChip Communications는 이러한 목적으로 Manchester 또는 XNUMXBXNUMXB 블록 코드를 사용할 것을 권장합니다. BCC 트랜시버에서 PLL의 작동을 제어하기 위해 특별히 설계된 LockDet 출력(잠금 감지기)을 사용할 수 있습니다. RSSI 출력의 정전압은 수신기 입력의 신호 전력의 대수에 비례하며 이러한 의존성은 약 70dB의 동적 범위에서 유지됩니다. BCC418 마이크로 회로의 일반적인 연결 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 1. Varicap D1 및 그 주변 - VCO 및 PLL 요소. 이미 언급한 바와 같이 ZQ1 석영 공진기는 기준 주파수를 설정합니다. 다이어그램 오른쪽에 있는 인덕터와 대부분의 커패시터는 트랜시버의 입력 및 출력을 WA15 안테나와 일치시키기 위한 마이크로파 회로에 포함되어 있습니다. 회로 R3D3L2DXNUMX는 안테나를 트랜시버 칩의 수신기 입력 또는 송신기 출력에 연결하는 데 사용됩니다.
BCC418 및 BCC918 마이크로 회로를 기반으로 마이크로파 모듈 RFB433, RFB868 및 RFB915가 생산되며 위에서 설명한 것과 유사한 구성표에 따라 제작됩니다 (그림 1). 크기는 약 25x25x3mm이고 표면 장착에 적합한 단자가 있습니다. 모듈은 ISM 대역 19,2...433,4MHz, 434,4...868,8MHz 및 869...903MHz에서 각각 927kBaud의 전송 속도 및 작동에 대해 최적화되어 있습니다(제조업체에서 설정). 더 넓은 주파수 범위에서 작동합니다. 추가 마이크로파 요소 없이 정합 안테나(피더 임피던스 50~100Ω)를 모듈에 직접 연결할 수 있습니다. 약어 ISM은 일반적으로 산업(Industrial), 과학(Scientific) 및 의료(Medical) 목적으로 장비의 방사선에 작동하도록 설계된 범위를 나타냅니다. 유럽과 미국에서는 이러한 대역에서 작동하는 데 라이센스가 필요하지 않습니다. BlueChip Communications는 마이크로파 모듈, 인쇄 회로 안테나 및 PIC2LC16A 마이크로컨트롤러가 포함된 하드웨어 개발자 평가 보드(평가 키트, 63개 세트)를 제공합니다. 보드에 포함된 소프트웨어를 사용하면 최대 300m 거리에 있는 두 컴퓨터 간의 양방향 데이터 전송을 구성할 수 있습니다. 회사의 최신 개발 중 하나는 RS433 인터페이스를 통해 COM 포트에 연결된 MOD232 무선 모뎀입니다. 컴퓨터의 6..9V 전원 및 외부 정합 안테나에 연결합니다. 무선 모뎀은 19,2kBaud의 데이터 전송 속도로 구성되었으며 433,4~434,4MHz 범위의 100개 작동 주파수를 사용하며 XNUMXms의 속도로 자동 검색됩니다. ISM 대역 트랜시버는 다른 회사에서도 생산됩니다. 예를 들어 텍사스 인스트루먼트 PQFP-6900 패키지로 TRF6901 및 TRF48 마이크로 회로를 제조합니다. 첫 번째는 850...950MHz의 주파수 대역을 다루고 두 번째는 860...930MHz를 담당합니다. 송신기 전력은 3mW, 수신기 잡음 지수는 3,3dB입니다. 트랜시버의 외부 디지털 인터페이스는 같은 회사의 MSP430 마이크로컨트롤러에 중점을 두고 있습니다. 메모리 칩과 마이크로 컨트롤러로 유명한 미국 회사 Atmel Corporation은 옆에 서지 않았습니다. . Bluetooth 협회에 가입한 후(그런데 이름은 76세기에 덴마크와 노르웨이를 통치했던 Harald 왕의 별명에서 따옴) 이 프로토콜을 지원하는 여러 개의 마이크로 회로를 개발했습니다. 그 중 가장 복잡한 것은 AT511C176 프로토콜 컨트롤러입니다. 32핀 패키지로 제작되었으며 7비트 RISC 컴퓨팅 코어 ARM256TDMI를 포함하고 모든 Bluetooth 기능을 수행하려면 XNUMXKB의 외부 RAM과 동일한 양의 FLASH 또는 기타 비휘발성 메모리가 필요하다고만 말하면 충분합니다. 메모리. 컴퓨터와의 통신을 위해 AT76C511 칩에는 USB, PCMCIA 및 UART 16550 에뮬레이터의 세 가지 인터페이스가 장착되어 있으며 앞으로 각각 인터페이스가 하나만 있는 단순화된 버전을 출시할 계획입니다. 컨트롤러는 무선 통신을 구성하여 동일한 회사의 T2901 마이크로 회로인 마이크로파 모듈을 "명령"합니다. 통신은 79~2400MHz 범위의 2500개 고정 주파수에서 수행됩니다. 블루투스 프로토콜에 따르면 동작 주파수는 625μs마다 급격하게 변하는데, 그 변화의 법칙은 연결을 맺은 가입자에게는 알지만 다른 사람에게는 예측할 수 없다. 결과적으로, 동일한 주파수 대역에서 동시에 작동하는 두 개 이상의 통신 채널은 서로 간섭하지 않습니다. 송신기 주파수의 무작위 단기 일치로 인해 발생하는 드문 오류는 프로토콜에서 제공하는 잡음 방지 데이터 코딩 및 오류 수정의 다중 레벨 시스템을 통해 신속하게 제거됩니다. 결과적으로 1Mbit/s의 "순수한" 데이터 교환 속도가 약 20% 감소한 것은 사실입니다. T2901 마이크로 회로의 일반적인 연결 다이어그램이 그림 2에 나와 있습니다. 그림 4,7에는 모든 전원 및 제어 핀에 연결된 수많은 1pF 차단 커패시터가 표시되지 않습니다. 기준 주파수 신호는 핀 1(CLK)에 공급됩니다. 네 가지 가능한 값 중 하나를 프로그래밍 방식으로 선택할 수 있습니다. 송신기 전력 - 160mW. 정보는 ±1kHz의 공칭 편차로 반송파 주파수 편이 변조를 통해 전송됩니다. 변조 신호는 내장된 가우스 저역 통과 필터를 사용하여 사전 필터링될 수 있습니다. 이 필터는 스위치 SWXNUMX로 켜고 끕니다.
이 경우 수신기는 중간 주파수가 111MHz인 일반 슈퍼헤테로다인입니다. 잡음지수는 12dB이다. 선택성은 SAW 필터 F1, 코일 L2 및 L3이 있는 진동 회로(증폭기 요소 및 주파수 판별기)에 의해 보장됩니다. 트랜지스터 Q1은 내부 공급 전압 조정기의 일부입니다. 마이크로 회로에서 소비되는 전류는 수신/송신 모드와 거의 독립적으로 약 60mA에 달하며 대기 모드에서만 수십 마이크로암페어로 감소합니다. T2901 마이크로 회로 설계의 흥미로운 특징은 송신기 신호가 출력으로 전송되기 전에 두 개로 분할되는 이중 주파수(4800...5000MHz)에서 생성된다는 것입니다. 수신기 복조기는 중간 주파수(55,5MHz)의 절반 주파수에서도 작동합니다. T2901 트랜시버의 출력 전력과 감도를 높이기 위해 Atmel은 마이크로파 전력 증폭기(T7023) 및 저잡음 입력과 결합된 유사한 증폭기(T7024)를 위한 추가 마이크로 회로를 제공합니다. 그 특징은 출력 전력 조정을 위한 특수 입력이 있다는 것입니다. 이를 통해 송신기를 원활하게 켜고 끌 수 있으며 통신을 유지하기에 충분한 방출 신호의 최소 전력 수준을 설정할 수 있습니다. 이러한 조치는 동일한 범위에서 작동하는 다른 통신 채널로 인해 발생하는 간섭을 최소화합니다. 두 마이크로 회로의 출력 전력은 200mW이고 T7024 마이크로 회로의 잡음 지수는 2,3dB를 넘지 않습니다. 저자: A. Dolgiy, 모스크바
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