如何利用混合信号设计概念提升短距离无线传输系统的性能

假如输入的接收信号强度指示(RSSI)超过了预设标准时，模拟射频接收器将会开始运行微控制单元，来进一步处理进来的信号(区域3)。但是这种方法有一个问题，就是每次当接收信号强度指示(RSSI)超过了预设标准时，他并不会检查这些进来的信号是不是从预期的发射器所来的，就直接唤醒了外置的微控制单元。而混合信号集成电路则有着信息包或是地址证明，所以在中断并唤醒微控制单元(区域4)之前，他会确认传送信号对于接收器而言，是否属于预期中的？如此一来，将可节省一部份功率。这对于那些需要长时间将车停在诸如机场等忙碌且拥挤的停车场等应用来说，能够切实节省功率。

表1：针对RKE发射器所做的一个电池寿命计算范例。

在传输器部分，主要目标便是要极大化电池寿命，可以通过采用具有低操作电压和低漏电流的混合信号IC达成此目标。表1为计算某假设的RKE发射器的电池寿命的范例，此发射器具有15 mA传输电流、在数据速率2.4 kbps时的信息包大小为136位、发射重复率2，并且假设每天会按压按键20次，使用容量为210ma/hr的CR2032钮扣型电池，且总泄漏率为2uA/H (17.52 mAH/yr)。在此范例中，此电池寿命超过10年以上，二且受限于来自休眠模式的漏电流及发射器的漏电流，以及电池本身的漏电流。为减少漏电，发射电路仅在按键按压后才会启动，且在发射后必需自动断电。使用混合信号技术能轻易实现此按键按压唤醒的特性，使用大型的CMOS开关能实质连接及切断发射器电压至电池或接地的连结，从而降低漏电流。

另一个设计低功率发射器的关键因素为最大化功率放大器的功效。其中特别适用于混合信号技术的技巧之一，即是通过使用片上变容器(varactor)达到PCB回路天线的共振，从而最大化功效。在IC中，此变容器一般就是加权二进制数组的电容器，其由一系列的CMOS开关启动或关闭，以提供数字控制和/或可编程能力。模拟变容器无法进行编程，因此需要使用一些电路和电流以实现此变容器的偏压。

降低系统成本

相较于传统的模拟RF设计，混合信号整合设计的主要优点之一便是其高度集成的能力，从而节省对外部元件的需求。在许多情况中，如Silicon Laboratories产品所示，混合信号设计能较传统模拟RF解决方案大幅减少无线系统的线路板面积及外部材料成本，且同时达到最佳效能。现在的混合信号架构集成了所有包括高性能模数转换器(ADC)在内的前端模拟电路和数字后端处理器，从而减少对外部元件的需求。传统的模拟RF接收器需要芯片外滤波器以进行信道滤波，然而混合信号几乎完全是在数字电路中执行此滤波功能，包括尖锐的陡降、大型的衰减和可编程性都能以CMOS晶体管轻易实现。高集成程度不仅能节省BOM成本，外部元器件的减少更能提升无线系统的可制造性，且进一步提升生产良率，而这更是会对产品成本造成直接影响。

结论

对于短距离无线传输系统而言，使用混合信号整合电路的独特设计技术能达到实质的改善。这些集成型电路在同一基板上结合了模拟和数字电路，通过使用数字技术补偿模拟的缺点，可显著改善仅有模拟电路的方案的效能。

Silicon Laboratories所提供的许多混合信号电路也包含强大的DSP引擎和数字调制解调器，对接收到的RF信号能执行信号处理功能，从而大幅降低外部微控制器的工作负荷。产品范例为EZRadio和EZRadioPRO无线产品系列，该系列使用上述混合信号技术以扩展无线传输距离、增加电池寿命，并降低用于短距离无线通讯系统中的便携式装置的成本和体积。

作者：Lawrence Der博士

Silicon Laboratories公司