如何使用高集成度SoC发射器简化RF遥控器设计

这种设计的拓扑结构被广泛接受，主要是因为其低成本和简单。SAW设备与Colpitts振荡器结构中的晶体管Q1产生共振形成载波频率，晶体管Q2提供输出功率放大和稳定运行所需的隔离功能。来自MCU的数据直接应用于SAW谐振器，形成OOK调制信号，来自MCU的GPIO6提供电压(VCC)到基于SAW的发射器。整个解决方案使用24个外部元件，包括MCU、一个旁路电容、为MCU提供时钟的石英晶体，带板内天线的PCB板和电容器。RF组件成本(不包括PCB、MCU和旁路电容)是$0.77(10万数量级)。传统上，这已经成为最低元件成本的可靠射频传输解决方案。从系统成本的角度来看，较多的BOM数量增加了其他成本，如劳动力成本、库存和测试等费用，并降低了产量。

虽然基于SAW的发射器被广泛应用于遥控器(由于其较低的元件成本)，但是旧有技术有许多缺点。除了大量RF组件所带来的较高系统成本外，基于SAW的发射器还有如下缺点：载波频率精度低、单频操作、仅支持OOK调制、性能稳定性差、对器件容差敏感、产量低。

与此相反，Si4010发射器是一款完整的SoC遥控器IC。基于专利技术的Si500硅振荡器，其专利的无晶体架构在商业温度范围内可获得±150ppm的载波频率精度，在工业温度范围内则该数据为±250ppm，是传统基于SAW的低成本发射器(无外部晶体)频率精度的2倍。Si4010可在27-960MHz的连续频率范围内工作，并且包括最大输出功率高达+10dBm的可编程PA，自动天线调谐和为满足FCC、ETSI和ARIB无线电频率法规要求的PA边沿速率控制。嵌入式8051 MCU为进行快速处理而进行了指令优化，具有512B内部RAM、4kB RAM，8kB OTP NVM、128b EEPORM, 12kB 函数库ROM和硬件加速的128b AES加密逻辑。1.8-3.6V供电范围、比超低功耗(10nA)还少的待机电流以及触摸唤醒操作，使得Si4010成为纽扣电池应用的理想选择。图5是Si4010 SoC 发射器框图。

图5：Si4010框图

图6是一个使用Si4010的遥控器原理图，带有一个可选的LED灯用于按键操作时的指示。遥控器总的BOM(不包括可选的LED灯)包括一颗Si4010 IC、一颗旁路电容、带板载天线和电容的PCB。Si4010不仅总BOM数量少于基于SAW的发射器(3比24)，而且Si4010也无需任何RF元件，因为所有元件都集成在了芯片内部。此外，Si4010器件的自动天线调谐功能保证了稳定可靠的输出功率，并且通过放宽制造工艺中的公差范围(因为高精确的天线匹配不再需要)，降低了系统成本。

图6：使用Si4010的遥控器简图

使用Si4010设计的遥控器克服了传统RF发射器所面临的许多问题。Si4010利用天线调谐特性消除了困难且繁琐的RF匹配问题，同时也降低了高成本的RF设计费用，缩短了上市时间。硬件设计的任务降低到：为给定遥控器几何形状选择最佳的PCB天线，为Si4010、PCB板载天线、旁路电容、按键和电池进行合理布局和布线。图7是434MHz Si4010遥控器PCB板。

图7：434MHz Si4010遥控器PCB板

使用集成在12kB ROM中的Si4010发射器函数库进行遥控器软件开发是非常容易的。该库包括按键服务、AES加密、编码模块、电池电压检测和其他有用的遥控功能，从而降低代码大小，加速上市。

图8：Si4010遥控器控制流程图

图8是遥控器应用中Si4010控制流程图。安装电池或通过按键从待机模式唤醒后，Si4010自动启动引导过程，它从非易失性存储器中复制用户代码到RAM中，然后运行用户代码。引导完成后，设备的数字部分，首先初始化(MCU、中断、定时器、外设等)，然后模拟部分使用ROM库中的函数进行初始化。例如调制类型(OOK或FSK)、数据率、PA发射等级、载波频率等都在这个阶段设定。

当初始化完成后，程序进入主循环并监视按键操作，进行事件处理。依赖于哪一个按键被按下，程序决定做什么，并根据按键构建适合的数据包。然后，Si4010微调频率并发射数据包。一旦信息发射完成，Si4010完全关闭并转入超低功耗待机状态。在待机模式，芯片耗电少于10nA(25°C温度下)，并能够从任意GPIO按键按下中唤醒，重新开始处理。

作者: Lawrence Der

Silicon Labs无线产品市场经理