雙向射頻收發(fā)器NCV53480在下一代RKE中的應用

雙向射頻收發(fā)器NCV53480在下一代RKE中的應用當前無線遙控門禁系統(tǒng)（RKE）已經(jīng)逐漸廣泛被市場接受，其主要原因一個是便捷性，另外就是安全性。目前市場上流行的第一代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，確認車門已鎖。同時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)架構如下圖所示：針對這種雙向的RKE應用，安森美推出了一款雙向RF收發(fā)器——NCV53480。其最大的優(yōu)勢是單芯片高頻收發(fā)，Rx與Tx可以直接共用同一個阻抗匹配網(wǎng)絡和天線。并且可以通過sniff模式實現(xiàn)高頻遠端喚醒，同時又有較低的待機功耗。從而降低系統(tǒng)設計的復雜度和成本，實現(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，鏡像抑制比可達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模式可以達到-109dBm,OOK可以達到-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的一項叫做Quick?StartOscillator的知識產(chǎn)權。Quick-StartOscillator(QSO)為了節(jié)省能量并且避免晶振起振的不確定時間，在NCV53480中使用了安森美的QSO技術。QSO是一個基于外部晶振而調(diào)教出的內(nèi)部振蕩器。QSO可以驅(qū)動晶振在晶振電感中快速建立足夠的能量，從而可以將啟動時間從ms級提升至us級。進而使得IC能夠快速響應和判斷射頻信號。下面的時序圖描述了QSO的具體工作時序：

應用QSO技術，NCV53480設計了2種sniff模式來實現(xiàn)低靜態(tài)功耗：（1）WakeonEnergy模式NCV53480可以設定一個sniffinterval值，確定每隔多長時間自動檢測一次是否接收到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SOF（startofframe）,檢測到SOF后，檢測ChipID,當ChipID也檢測到之后會產(chǎn)生一個Xint中斷信號喚醒外部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再次進入Sniff模式，然后MCU自己再進入深度睡眠。如此循環(huán)。（2）WakeonPattern模式NCV53480可以設定一個sniffinterval值，確定每隔多長時間自動檢測一次是否接收到wakeuppattern。如果沒有則返回到睡眠模式，如果接收到wakeuppattern則開始檢測ChipID,當ChipID也檢測到之后會產(chǎn)生一個Xint中斷信號喚醒外部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再次進入Sniff模式，然后MCU自己再進入深度睡眠。如此循環(huán)。

在實際應用中，NCV53480在Sniff模式下實現(xiàn)自己輪詢，從而解放MCU，使MCU以及其他部件進入深度睡眠狀態(tài)，降低系統(tǒng)待機功耗。當NCV53480接收到高頻喚醒信號后，發(fā)送中斷信號給MCU，從而喚醒整個系統(tǒng)。待機過程中只有NCV53480需要活動，所以其在Sniff模式下待機功耗的評估就顯得非常重要。我們以WakeOnPattern模式為例詳細說明一下。在WakeOnPattern模式中評估NCV53480功耗的幾個重要參數(shù)如下：●Sniffintervaltime(Tsi)---既每Tsi秒查詢一次是否有WakePattern?！裨赟niffinterval時間內(nèi)大部分時間都處于睡眠狀態(tài)。除掉ReceiveDwelltime以及CodeDwelltime?！馬eceiveDwelltime(Trd)---每次Sniff后用Trd的時間來檢測是否有wakepattern，這段時間屬于基本接收狀態(tài)?！馛odeDwelltime(Tcd)---每次確定有wakepattern后用Tcd時間來確認ChipID是否正確，這段時間屬于基本接收狀態(tài)●WakePattern誤判斷概率(Pm)---待機狀態(tài)下由于應用環(huán)境中的同頻噪聲導致WakePattern誤判斷而進入CodeDwelltime.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)舉個例子：當通訊速率設置為8kbps,既0.125ms/bit;每隔10秒（最大25.6秒）輪詢一次，(Tsi)=10s；每次用10ms的時間搜索16位（最大16位）的wakepattern,(Trd)=10ms；搜索到wakepattern后用3ms的時間搜索16位（最大16位）的ChipID,(Tcd)=3ms。WakePattern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。這樣整個系統(tǒng)就可以實現(xiàn)一個非常低功耗的待機模式。既使用250mAh的電池也可以待機2年以上。2．NCV53480的應用電路

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,這個濾波電路是可以省略的，只有當Vdd上有噪聲需要濾波的時候才需要加上，并根據(jù)噪聲的頻率相應調(diào)整RC電路的參數(shù)。但要保證Rf小于100歐，或者用一個電感替代。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共接阻抗匹配在實際應用中，為了節(jié)省空間及成本，簡化電路，往往需要Rx/Tx共用同一個天線。有些RFIC需要外加一個RFswitch來切換Rx與Tx的匹配電路。而NCV53480可以直接將RFin與RFout接在一個網(wǎng)絡上。匹配電路可以直接采用Tx的阻抗匹配電路。其