由於整合和各種功能提高了複雜性並縮短了電池壽命，因此向產品添加無線連接的工作面臨許多挑戰。自從短距離無線電設備(SRD)問世以來，多種應用都添加了無線連接，從而增加了對更廉價、集成度更高的解決方案的需求。目前的無線IC只需要幾個外部元件，並且只占解決方案總成本的很小比例。展望未來，就現有無線應用必須提供的功能而言，對額外功能和性能的需要已對電池容量造成了很多約束。而這又帶來了對更先進的電源管理解決方案的需求。在目前的應用中，電池和電源管理成本接近總材料清單的50%。為了應對這些新挑戰，Micrel等公司已開始推廣諸如MICRF405之類的解決方案，MICRF405是一種290-980MHz發射器，包含一種名為展頻ASK/OOK (Spread Spectrum ASK/OOK)的新型轉換。這種新型轉換透過其展頻技術促成了高輸出功率，而功耗僅為 50%。本文將重點介紹MICRF405等解決方案是如何極大降低耗電量和成本的。
在北美，若干免授權頻帶已被美國聯邦通訊委員會(FCC)預留用作工業、科學、醫學(ISM)頻帶。FCC第15.247部分規定了這些頻帶的操作。它們覆蓋的頻帶是902MHz至928MHz、2400MHz至2483.5MHz、5725MHz至5850MHz。
自從無線區域網路(WLAN)問世以來，2.4GHz頻帶取得了很大成功。同時，電腦和蜂窩無線附件繼續推動無線連接成本的降低。2.4GHz無線連接主要是與同時需要高資料速率和充電電池解決方案的無線應用有關。目前，該頻帶擠滿了RFID、WiMAX等多種應用。遺憾的是，包括在住宅、樓宇、工業環境中被廣泛採用的應用在內的一些應用造成了相當高的雜訊基準，這使得該技術不適合於 工業、低功率和長距離應用。對於這些應用，902-928MHz頻帶被認為是更適合的ISM頻帶。為了在該頻帶中工作，需要某種展頻。歷史上存在兩類展頻。
跳頻展頻(FHSS)型輻射體傳輸(
作者簡介
Staale Pettersen是Micrel公司的產品行銷經理。
圖片說明：
圖1 是指一種傳輸方法，借助窄頻載波訊號來轉換資料訊號，該載波訊號在一個隨機但可預測的序列中從一個頻率“跳”到另一個頻率，是時間的函數，並在很寬的頻帶上跳動。訊號能量是在時域中展開，而不是在頻域中把每個位元分成小片。該方法之所以能降低干擾，是因為如果來自窄頻系統的訊號和展頻訊號都是在相同頻率和時間傳輸，那麼前者將只影響後者。傳輸頻率是由展頻碼或跳頻碼確定的。為了適當接收訊號，接收器必須被設在相同跳頻碼，並且在適當時間和正確頻率偵聽進入訊號。為了在902-928MHz ISM頻帶中工作，FCC規定要求製造商用400毫秒最大駐留時間(在任何單一跳頻期間，在特定頻率花費的時間)來使用至少 25 個頻率。跳頻展頻傳輸的最大缺點是發射器和接收器之間需要頻率同步。頻率同步要求導致接入時間緩慢、功耗較高，這是因為系統需要在所有通道上傳輸以便與接收器同步。
另一種展頻傳輸被稱作數位轉換或直接序列展頻(DSSS)。DSSS(圖2)是一種傳輸方法，發送站的資料訊號與資料速率更高的位元序列(或碎片碼)結合，後者按照展頻比率劃分用戶資料。碎片碼是一種冗餘位元模式，在位元被傳輸時，能提高訊號的抗干擾性。如果模式中的一個或多個位元在傳輸期間被損壞，那麼由於傳輸的冗餘性，原始資料可被恢復。由於通道是固定的，因此DSSS無線電設備具有很短的接入時間。DSSS無線電設備的缺點在於它的解調方案相當複雜，這是因為接收的訊號需要解展頻和同步。
展頻ASK/OOK
過去只有使用FHSS或DSSS技術，才能在輸出功率很高的情況下，在902MHz至928MHz、2400MHz至2483.5 MHz、5725MHz至5850MHz ISM頻帶內工作。若干年前，隨著越來越多的應用選擇使用IEEE 802.11x規範，FCC改編了這項規定。正是從此時起，對更高資料速率的需求開始上升。為了進一步提高資料速率，產業建議取消對接收單元的數位處理增益要求。這項建議得到採納，並且IEEE規範隨後被包含到協定描述中，從而允許自動根據信噪比來調整展頻碼。這些事件目前已在新的頻率規定15.247中得到實施，並且被稱作“跳頻系統”或“數位轉換系統”。
FCC用以下定義來給“數位轉換系統”歸類：“利用數位轉換的系統可以工作在902MHz至928MHz、2400MHz至2483.5 MHz、5725MHz至5850MHz頻帶中。最小6 dB頻寬應至少為500kHz”。
隨著市場上越來越多的無線應用需要不斷提高的輸出，功率變得日益重要。對於“數位轉換系統”，最大輻射輸出功率被定義為1W。但是，最大輸出功率收到了定義15.247 d的更大影響：“(d).對於數位轉換系統，在任何連續傳輸時間間隔期間，從有意輻射體傳導至天線的峰值功率頻譜密度在任何3kHz頻帶中都不得大於8dBm。”
對15.247規則的修改，為無線技術的轉換可能性敞開大門，促成了極低功率長距離無線鏈路。Micrel公司最近獲得了一種此類新型轉換解決方案的專利，它被稱作展頻通斷鍵控(SSOOK)或展頻幅移鍵控(SSASK)。
幅移鍵控(ASK)是一種轉換形式，把數位資料表示成載波振幅的變化值。最簡單最常用的ASK技術形式是充當開關，利用載波的存在來表示二進位 1，用它的缺席來表示二進位0。這類轉換被稱作通斷鍵控(OOK)，是功率效率很高的方法，這是因為它只在發送1時才執行發射。幅移鍵控需要很高的信噪比來實現恢復，其性質決定了訊號的很大一部分是在較低功率發射的。ASK無線電系統的優點是發射器和接收器拓樸結構簡單，並且耗電量很低。ASK/OOK是簡單而強大的轉換方案，對於發射器和接收器而言，用晶片技術來實現該方案是很划算的。遺憾的是，ASK/OOK轉換系統佔用的頻寬小於500 kHz，或者說峰值密度不在“數位轉換系統”範圍內。對於ASK/OOK轉換系統而言，發射器的輸出功率限於50mV/m，或者必須實施某種形式的FHSS技術以便落在FCC第15.247部分範圍內。
展頻幅移鍵控結合傳統ASK/OOK和數位轉換訊號，發射器的典型框圖如圖3所示，標繪了MICRF405如何在SSASK/OOK方式中工作。SSASK/OOK轉換的創建方法是：把“用戶資料”添加到AM轉換器，並創建幅移或者接通和關斷(圖4)頻移鍵控(FSK)轉換載波圖5)。FSK訊號的產生方法是，把PN序列添加到FSK轉換器，後者被編程來按照FCC的規定提供大於500kHz的佔用頻寬。在某個比率中選擇FSK資料速率和PN序列，從而提供6dB頻寬內盡可能相等的峰值密度。結果就是展頻ASK/OOK頻譜，如圖6所示。
SSASK/OOK轉換頻譜的輻射頻譜和峰值密度等於數位轉換系統，因此被FCC視為數位轉換系統。這種新型轉換的主要好處在於低功耗(因為它只在發送1時才執行發射)和無需FHSS就可提高輸出功率的能力。
在SSASK/OOK情況下，用戶資料資訊存在於訊號振幅的變化中，並促成MICRF005等傳統ASK/OOK超外差接收器的使用(圖7)。Micrel MICRF005接收的SSASK/OOK訊號將以標準OOK/ASK轉換訊號的形式出現，並將被相應解調。
SSASK/OOK應用電路
在902MHz至928MHz頻帶中，當應用需要高於50mV/m的輸出功率時，就需要ASK/OOK有意輻射體來實施跳頻展頻。透過在展頻ASK/OOK方式中使用MICRF405，無需FHSS就能在輸出功率為10dBm的情況下實現傳輸。應用電路(圖8)由匹配電路、晶體、解耦電容器組成。在使用MICRF405(作為展頻ASK/OOK元件)和外部功率放大器時，FCC允許的最大允許輸出功率是+20dBm。圖9描繪了某種應用電路，在使用SSOOK和50%佔空比時，功耗為83mA。FCC規定的最大峰值密度8dBm/3kHz限制了最大輸出功率。
MICRF405(圖10)是290MHz至980MHz射頻發射IC，用於非授權ISM頻帶(表1)。支援北美315MHz和915MHz頻帶以及歐洲433MHz和868MHz頻帶。該元件完全符合FCC第15.247部分和EN300-220。
發射器由FSK/ASKS轉換器、PLL頻率合成器、功率放大器組成。頻率合成器由壓控振盪器(VCO)、石英振盪器、雙類比數位預定標器、可程式分頻器、檢相器組成。環路濾波器可以是內部或外部的。功率放大器的輸出功率可設定到8個電平。閉鎖檢測電路檢測PLL何時處於閉鎖。在FSK模式中，用戶可在三種不同轉換類型之間選擇，從而允許高達200kbps的資料速率。在借助分配器選擇FSK轉換時，MICRF405隨後在兩組寄存器值(M0、N0、A0："0"，M1、N1、A1："1")之間切換。第二個轉換類型是閉環VCO轉換，使用內部轉換器，將轉換後的資料應用到VCO。第三種FSK轉換類型是開環VCO轉換。在ASK轉換中，用戶可在兩個轉換類型之間選擇：有展頻或無展頻。在兩種方式中，轉換深度都是可設定的。
作者簡介
Staale Pettersen是Micrel公司的產品行銷經理。
