RF遙控器的簡(jiǎn)易設計與應用
由于高度集成的單芯片RF解決方案的出現，設計射頻（RF）遙控器從未如此簡(jiǎn)單。片上系統（SoC）發(fā)送器解決方案，例如Silicon Labs的Si4010單芯片遠程控制集成電路（IC），大大簡(jiǎn)化了遠程控制設計的過(guò)程，并通過(guò)消除系統材料清單（BOM）成本來(lái)降低需要大量不同的組件。
遙控器有許多不同的尺寸，形狀和無(wú)線(xiàn)技術(shù)，廣泛用于消費市場(chǎng)，作為各種產(chǎn)品的配件，如電視，視頻游戲，立體聲系統，照明控制和家庭自動(dòng)化，包括車(chē)庫門(mén)/開(kāi)門(mén)器，空調機，風(fēng)扇和帶遙控無(wú)鑰匙進(jìn)入（RKE）鑰匙扣的汽車(chē)。
最常見(jiàn)的遙控器使用紅外（IR）技術(shù)，因為紅外組件的成本相對較低但是這些基于IR的控制裝置存在許多缺點(diǎn)，包括需要視線(xiàn)指向，有限的操作角度，短的傳輸范圍，反射問(wèn)題和相關(guān)的高電流消耗使用紅外LED，這會(huì )導致電池壽命縮短。射頻遙控器解決了這些問(wèn)題并且出現的數量更多，因為消費者要求更好的用戶(hù)體驗。此外，技術(shù)改進(jìn)正在縮小RF-IR價(jià)格差距。
所有RF遙控器都具有共同的特性，如圖1中的簡(jiǎn)化框圖所示。 RF遙控器的組件是用戶(hù)輸入命令的按鈕，用于將用戶(hù)命令處理成數字消息的微控制器單元（MCU），用于調制和發(fā)送消息的RF發(fā)送器（RF TX），天線(xiàn)和電池為遙控器提供電源。制造商在設計射頻遙控器時(shí)面臨的共同挑戰是提供一致的最大傳輸范圍，確保較長(cháng)的電池壽命并保持較低的系統成本。
圖1：RF遙控器的簡(jiǎn)化框圖。
最大化傳輸范圍涉及傳輸盡可能多的功率（在政府法規限制內），同時(shí)為接收器提供出色的靈敏度，因為總傳輸距離是發(fā)射器的函數輸出功率和接收器的靈敏度。從遙控器方面來(lái)看，設計目標是將RF輸出功率設置為政府限制，這意味著(zhù)所有遙控器應具有相同的輸出性能，因為它們都在相同的限制范圍內傳輸。這在理想的世界中是正確的，但是，在具有實(shí)際部件和制造公差的現實(shí)世界中，每次使用生產(chǎn)線(xiàn)上制造的每個(gè)遙控器以這種最佳功率進(jìn)行傳輸實(shí)際上是不可能的。此外，在握住遙控器或甚至觸摸按鈕時(shí)來(lái)自用戶(hù)的手的干擾（稱(chēng)為“手部效應”）改變了天線(xiàn)的阻抗并因此改變了發(fā)射輸出功率。這種現實(shí)效應可以降低遙控器的有效輻射功率（ERP），并且容易導致輸出功率低于政府限制6 dB，每個(gè)Friis的自由空間路徑損耗公式的傳輸距離相應減少2倍。
Si4010變送器是Silicon Labs的EZRadio®系列無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的最新成員，是業(yè)界首款單芯片遠程控制IC，僅需一個(gè)外部旁路電容，印刷電路板（PCB），電池和帶有按鈕的外殼，形成完整的遙控器。 Si4010包含一個(gè)獲得專(zhuān)利的天線(xiàn)調諧電路，可自動(dòng)微調天線(xiàn)，以便在每次按鍵時(shí)獲得最佳的發(fā)射功率。對于標準遙控設計，RF發(fā)射器，組件和天線(xiàn)制造公差以及環(huán)境的變化可能導致大的天線(xiàn)效率低下和浪費的功率。圖2顯示了Si4010功率放大器和天線(xiàn)調諧電路的簡(jiǎn)化框圖。 Si4010通過(guò)調節片上可變電容器來(lái)最大化發(fā)射器天線(xiàn)效率，以與天線(xiàn)的電感共振。這些自動(dòng)電容調整通過(guò)補償天線(xiàn)匹配電路中的不匹配來(lái)最大化遙控器的發(fā)射功率，并通過(guò)放寬PCB天線(xiàn)中的制造公差來(lái)降低設計成本。
圖2：Si4010天線(xiàn)調諧框圖。
功率放大器（PA）內置一個(gè)額外的反饋環(huán)路，通過(guò)監測PA輸出端的電壓并調節PA的電流驅動(dòng)來(lái)補償輸出功率。天線(xiàn)阻抗的變化。該反饋回路用于在溫度變化和“手部效應”的情況下保持恒定的輸出功率，如上所述，當人的手覆蓋遙控器時(shí)，其改變天線(xiàn)阻抗。天線(xiàn)調諧的最終結果是在每個(gè)按鈕按壓時(shí)提供始終如一的可靠和最佳性能，同時(shí)降低RF匹配要求的成本和設計復雜性。采用Si4010自動(dòng)天線(xiàn)調諧功能設計的遙控器可在政府傳輸限制下可靠，一致地工作，以實(shí)現最大傳輸范圍。
電池壽命是任何便攜式電子設備，尤其是遙控器的重要考慮因素。當我們考慮典型的遙控器使用時(shí)，超過(guò)99％的時(shí)間，遙控器正在等待用戶(hù)激活按鈕按下。在此期間，Si4010在室溫下的功耗低于10 nA，是電池供電應用的理想選擇。此外，觸摸喚醒GPIO可進(jìn)一步降低遙控器的電流消耗并延長(cháng)電池壽命。圖3顯示了典型遠程控制應用中使用的Si4010的功耗示例，其中CR2032電池最大傳輸功率為+10 dBm。
在傳輸過(guò)程中，Si4010在開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）模式下消耗14.2 mA，在頻移鍵控（FSK）模式下消耗19.8 mA，同時(shí)以+10 dBm輸出功率進(jìn)行傳輸。如果我們假設發(fā)送器以1 kBaud的數據速率發(fā)送，則數據是曼徹斯特編碼的，每個(gè)數據包長(cháng)100位，每按一次按鈕重復三次，然后我們得到以下結果：每天按50次按鈕連續五年，我們在OOK模式下使用220 mAhr CR2032電池僅占52％的電量，在FSK模式下使用71％的電量。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持
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