低成本高性能的ISM收发器介绍

EZRadioPRO设计

为了能在低电流损耗情况下提供优越性能，必须谨慎选择架构和模块设计。该收发器的架构如图2所示。

图2：EZRadioPRO收发器的架构。

EZRadioPRO的接收器架构是为了获得高灵敏度和高抗扰性而专门优化的。对于窄带应用，无需使用外部LNA其灵敏度就可提高至-120dBm，而获取70dB的抗扰性能也无需使用外部射频预选滤波器。通过优化LNA、正交混波器、PGA(可编程增益放大器)和ADC的模拟设计可获得高度灵敏性，而信道灵敏度和调制解调器灵敏度则可以在数字域里面完成。

这样的分隔可使性能、功耗和系统成本达到最大优化。LNA、正交混波器和PGA都在低噪声特性、高动态范围和低功耗方面进行了优化。通过利用LNA和PGA的几个增益级，动态范围得到了扩展。这些增益级为AGC(自动增益控制)电路所控制，并且将RSSI(无线信号强度指示器)的范围扩展至120dB。

数字调制解调器的主要功能包括信道选择滤波、调制、解调、AGC、AFC(自动频率控制)、天线分集算法以及包处理等。信道选择滤波器、调制和解调模块是可编程的，以能覆盖多种应用。其中，信道选择滤波器可编程的带宽范围为2.6kHz-620kHz，以支持窄带和宽带ISM应用，并能支持GFSK、FSK和OOK三种调制方式。

数据率也是可编程的，其范围是1kbps-128kbps。同样，可编程的GFSK/FSK偏差为625Hz-320kHz。集成的高斯滤波器可减少边带散发以满足众多的调整需求。数字RSSI具有0.5dB分辨率，而带可编程阈值的载波侦听功能则可以支持CCA(空闲信道评估)和LBT(先听后发)应用。AFC电路补偿了由各石英晶体容差所引起的频率误差。这就允许使用更加廉价的具有较大频率容差的晶振。

由于拥有稳健的数据包采集算法，接收器只需少于8位的前同步码就能进行判决。OOK模式可结合高达620kHz的信道滤波器带宽来应付传输信号的大频率误差，以兼容低成本发送器。嵌入式天线分集功能是EZRadioPRO芯片的独特功能，这是低成本ISM收发器设计的一个突破。如果使用两个天线，天线分集算法将会自动选择信号接收能力较强的那个天线。

正如前文提及的那样，这可以提升8-10dB的链路预算。集成的数据包处理器带有多种可编程功能，减少了所需的应用开发时间并允许使用低成本MCU。前同步码长度、同步字、包头、数据包长度和CRC都可以通过SPI接口进行编程。6?字节的分离式Tx和Rx FIFO简化了外部控制器和器件之间通信。

重发功能只需重复数据包传输而无需再次发送数据到Tx FIFO。包头的可编程长度达4字节，允许全面的数据包滤波和广播。数据包处理器同时能支持数据白化/去白化以及曼彻斯特编码/解码。

小数分频锁相环将发送器和接收器调整到所要求的信道上。EZRadioPRO能在240MHz-960MHz范围内提供完全的sub-GHz ISM频带的连续频率覆盖。能为全球各地新规划的频带与标准提供即时地解决方案而无需额外的R&D。通过使用单一的LC-VCO解决了覆盖如何宽阔的连续频率范围所带来的挑战，而该LC-VCO后面是一个可配置的分频电路。

在高频带上的312.5Hz频率分辨以及在低频带上的156.25Hz频率分辨使精确的GFSK/FSK调制和信道调谐得以实现。频率分辨的选择也允许诸如10kHz、12.5kHz、100kHz等普遍的信道间距的准确调谐得以实现。通过使用额外的编程功能支持简化的频率可编程，该概念解决了最初定义的信道梯度大小和基频，同时通过SPI接口简单地编程信道码到单一寄存器以访问目标信道频率。

小数分频锁相环的设定时间支持从接收到发送(和从发送到接收)的跳频和快速的周转时间。发送输出信号的高频谱纯净度在不违反频谱分配规范的前提下，使更高水平地利用输出功率成为可能。

作者：Rafi Fried

无线业务部总经理

Hardy Schmidbauer

RF设计经理

Henk de Ruijter

DSP架构经理

Integration Associates公司