硅工藝的天線自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

Sub-GHz（即頻率為1GHz以下，27MHz~960 MHz）是無(wú)線通信的重要領(lǐng)域之一，應(yīng)用涵蓋消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)，和醫(yī)療等，如：TV/STB/VCR/DVD/音頻設(shè)備遙控器、高端無(wú)線玩具、車庫(kù)門遙控開關(guān)、照明控制、門遙控開關(guān)、無(wú)線POS機(jī)、無(wú)線健康監(jiān)測(cè)器、穿戴式監(jiān)控設(shè)備等，應(yīng)用非常廣泛。高性能模擬與混合信號(hào)IC廠商Silicon Laboratories（芯科實(shí)驗(yàn)室有限公司）近日發(fā)布EZRADIo無(wú)線IC解決方案Si4010，該方案可大幅降低各種用在消費(fèi)類、工業(yè)控制和自動(dòng)化系統(tǒng)中單向無(wú)線鏈路的成本和復(fù)雜度。

遙控方案的挑戰(zhàn)與產(chǎn)品特征

全新的Si4010系統(tǒng)單芯片射頻發(fā)射器（下圖）能讓開發(fā)人員最佳化遙控門鎖、車庫(kù)門開啟器、遙控器、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)和安防裝置的設(shè)計(jì)，以最低的系統(tǒng)成本達(dá)到最高的性能，同時(shí)還能確保完整的單向鏈路。

“遙控方案的挑戰(zhàn)一般表現(xiàn)為對(duì)更高成本效益的要求、傳輸距離、電池壽命、PCB面積等。傳統(tǒng)的基于SAW（表面聲波）的發(fā)射器為多分立器件，僅支持單一頻率和單一OOK調(diào)制模式。除了性能不穩(wěn)定，靈敏度受器件性能影響，產(chǎn)品生產(chǎn)效率也較低，”Silicon Laboratories公司嵌入式混合信號(hào)無(wú)線產(chǎn)品線高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Yijing Lawrence Der博士指出，Si4010射頻發(fā)射器為單芯片遙控IC，僅需一個(gè)外部旁路電容、一塊印制電路板、電池和一個(gè)帶按鍵的外殼便能構(gòu)成完整的無(wú)線遙控器。 Si4010采用專利高可靠性的無(wú)晶體振蕩器架構(gòu)，無(wú)需外部時(shí)鐘源，也不受沖擊和震動(dòng)影響。其載波頻率精確度在商業(yè)溫度范圍內(nèi)為±150 ppm，在工業(yè)溫度范圍內(nèi)則可達(dá)±250 ppm，它的精確度比傳統(tǒng)的（SAW）發(fā)射器高出兩倍，且無(wú)需使用外部晶體振蕩器；價(jià)格節(jié)省0.77美元。當(dāng)然Si4010最突出的技術(shù)還是自動(dòng)天線調(diào)諧，該功能可最大化發(fā)射距離，提供穩(wěn)定的輸出功率，有效減少對(duì)遙控器的不利影響，并提高生產(chǎn)效率。

天線自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

天線自動(dòng)調(diào)諧功能基于Silicon Labs的專利技術(shù)，是Si4010的最大特色之一；它配備一個(gè)反饋回路，可以探測(cè)到放大器的最佳輸出功率。Lawrence Der表示，天線自動(dòng)調(diào)諧功能可有效降低功耗且不會(huì)造成抖動(dòng)（Jitter）。他說(shuō)，它的調(diào)諧功能主要有兩個(gè)，一是保證穩(wěn)定的電力供應(yīng)，這是一個(gè)比較新的應(yīng)用；二是調(diào)諧回饋頻率的功能，監(jiān)控電壓，保證達(dá)到最佳輸出電量，另外它沒有延遲的問(wèn)題，因?yàn)榉答伔浅？?，可以調(diào)節(jié)電流的大小。與電子元器件的運(yùn)轉(zhuǎn)相比，人體的動(dòng)作是非常慢的，就不會(huì)造成延遲的問(wèn)題。另外，它的能耗較低，MCU在硬件和軟件兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。

Lawrence Der還強(qiáng)調(diào)，Silicon Labs的混合信號(hào)IC集成程度非常高，在我們的架構(gòu)里，既有模擬信號(hào)也有數(shù)字信號(hào)，簡(jiǎn)單來(lái)講，模擬部分是射頻，數(shù)字部分為MCU。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，射頻的性能很容易受到干擾，但是Silicon Labs在這個(gè)領(lǐng)域有很多年的經(jīng)驗(yàn)，已解決了這個(gè)問(wèn)題。

硅工藝的優(yōu)勢(shì)

在進(jìn)行射頻通訊時(shí)需要一個(gè)有明確界定的頻率，Silicon Labs曾推出基于CMOS的 Si500晶振產(chǎn)品，如今在Si4010中也采用了Si500。Lawrence Der說(shuō)：“相比基于SAW和有晶振的兩種發(fā)射器設(shè)計(jì)，CMOS工藝更加靈活，可面向任意頻率。且頻率更加精準(zhǔn)，我們的優(yōu)點(diǎn)是集成度高，可降低成本，對(duì)外部的沖擊和振動(dòng)干擾也有很好的防御效果。另外，在產(chǎn)品線上，Silicon Labs對(duì)每一塊芯片都會(huì)嚴(yán)格測(cè)量它溫度和頻率變化的關(guān)系，以保證產(chǎn)品能達(dá)到最好的效果?！?/p>

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的8051內(nèi)核

8051是非常普及的低成本內(nèi)核，Si4010采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的8051作為其控制單元。Lawrence Der表示，經(jīng)過(guò)Silicon Labs定制的8051 MCU具有4kB RAM/8kB NVM和128位EEPROM，其ROM集成了函數(shù)功能集。該MCU的突出特點(diǎn)是支持128位AES加密和片上調(diào)試器?！癝ilicon Labs的產(chǎn)品線非常廣泛，較高端的產(chǎn)品會(huì)集成ARM內(nèi)核，Si4010集成8051內(nèi)核的設(shè)計(jì)是基于客戶的需求：首先是成本，其次更重要的是該領(lǐng)域工程師大多用8051進(jìn)行開發(fā)，因此可降低技術(shù)門檻，加快上市速度?！?/p>