Алтайский государственный университет
Опубликован: 05.06.2014 | Доступ: свободный | Студентов: 1627 / 778 | Длительность: 08:16:00
Лекция 4:

Примеры аппаратных решений решения для беспроводных сетей различных технологий

Новый режим пониженного энергопотребления - Sniff Mode

В серии СС112х был улучшен режим пробуждения для прослушивания канала (пробуждение по наличию радиосигнала) - уменьшено энергопотребление 32 КГц RC-таймера, есть возможность автоматической калибровки таймера.

Важным дополнением к энергосберегающим режимам приемопередатчика стал новый режим прослушивания радиоканала (т.н. Channel Sniff Mode). Приемнику в СС112х требуется всего лишь время четырех бит преамбулы пакета для установления режима, включая компенсацию смещения частоты и автоматическую регулировку усиления. В режиме прослушивания возможность быстрой установки комбинируется с преамбулой большей длины для автоматической периодической проверки наличия сигнала. В этом режиме приемник автоматически через короткие промежутки времени проверяет наличие передачи в канале после чего отключается, и в следующем периоде времени ситуация повторяется.

Режим прослушивания канала абсолютно прозрачен для пользователя и никак не влияет на характеристики приемопередатчика (чувствительность, избирательность) и позволяет уменьшить энергопотребление в режиме приема. Конечно, среднее потребление в режиме приема будет зависеть от текущей скорости передачи и длины преамбулы, но выигрыш заметен даже при больших скоростях. Так применение данного режима при длине преамбулы 4 бита на скорости 1.2 кбит/с снижает потребление на приеме с 21 мА до 3 мА, а на скорости 50 кбит/с до 16 мА.

Некоторые сравнительные характеристики приемопередатчиков серий СС1101, СС110L, CC112x представлены в Табл. 4.1 [40-43].

Из представленных данных видно, что модули CC110L могут быть использованы для эффективной организации радиоканала узлов сети АСКУЭ при относительно небольшой плотности размещения узлов. Отсутствие режима WOR во многих случаях будет означать немного возросшую нагрузку на управляющий контроллер и необходимо будет это также учесть при построении сетевого протокола (например, работа по расписанию). Для части узлов, например в счетчиках внутри квартиры или частного дома, в целях снижения стоимости можно использовать микросхемы передатчиков CC115L.

Для работы в условиях плотной застройки оптимальны узкополосные приемопередатчики СС1120, кроме того, с данными приемопередатчиками возможно построение систем с переключением частот, что позволит полнее использовать бюджет частотного диапазона.

Приемопередатчики CC112x также хорошо подходят и для случая сильного территориального разнесения отдельных объектов учета в АСКУЭ.

Наличие готовых решений для печатных плат радиомодулей также можно считать важным преимуществом, т.к. это ощутимо снижает затраты на разработку отдельного узла системы.

Пожалуй, семейство приемопередатчиков является одним из самых популярных при разработке беспроводных систем субгигагерцового диапазона. Учитывая это, а также динамику развития рынка потребления данной продукции Texas Instruments уделяет большое внимание развитию семейства.

Таблица 4.1. Сравнительные характеристики приемопередатчиков серий СС1101, СС110L, CC112x
Параметр CC1101 CC110L CC1121 CC1120
Чувствительность, дБм -116 -116 -120 -123
Подавление соседнего канала (±100 КГц), дБм 37 35 48 52
Максимальная выходная мощность, дБм 12 10-12 14-16 14-16
Частотные диапазоны, МГц 300-348 387-464 779-928 300-348 387-464 779-928 164-192 410-480 820-960 164-192 410-480 820-960
Минимальная ширина канала, КГц 50 50 50 12,5
Максимальная ширина канала, КГц 800 800 250 250
Максимальная скорость передачи, кбит/сек 600 600 200 200
Режимы модуляции 2-FSK, 4-FSK, GFSK, MSK, OOK, ASK 2-FSK, 4-FSK, GFSK, OOK 2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK, FM 2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK, FM
Режимы работы приемника Обычный, Wake-on-Radio Обычный Обычный, Wake-on-Radio, Sniff Mode Обычный, Wake-on-Radio, Sniff Mode

Приемопередатчики CC1101 сочетают в себе компактные размеры, низкое энергопотребление, низкопрофильный корпус. Благодаря уникальной схемотехнике, на базе приемопередатчиков данной серии можно строить беспроводные приемопередатчики практически для всего частотного субгигагерцового диапазона, начиная от 300 МГц, и до 960.

Линейка LPRF Value Line представлена сериями недорогих устройств, рассчитанных на массовое применение. В неё вошли приемопередатчик СС110L и отдельные микросхемы приемников CC113L и передатчиков CC115L - бюджетные микросхемы (цена единицы в крупной партии менее 1$) совместимые с приемопередатчиками CC1101.

Развитие беспроводных решений Texas Instruments диапазона <1ГГц

увеличить изображение
Рис. 4.16. Развитие беспроводных решений Texas Instruments диапазона <1ГГц

Целевая аудитория LPRF Perfomance Line - приложения с высокой производительностью, требующие широкого спектра аппаратных возможностей, а также для работы в условиях зашумленной или плотно занятой частотной полосы. В линейке Perfomance представлены узкополосные (6 - 50 КГц) многоканальные приемопередатчики CC1120/CC1121, высокопроизводительный передатчик CC1175 (Рис. 4.16).

Особенности линейки LPRF Performance Line

Усилия специалистов Texas Instrument по увеличению производительности воплотились в жизнь в новой линейке LPRF Performance Line. В основу беспроводных приборов линейки LPRF Performance Line легла архитектура приемопередатчиков CC1101.

Внешне практически ничего не изменилось. Тот же низкопрофильный корпус поверхностного монтажа, правда, уже QFN32 (Рис. 4.17) [40-43].

Внешний вид приемопередатчика CC112x

увеличить изображение
Рис. 4.17. Внешний вид приемопередатчика CC112x

Схема включения микросхем также не усложнилась, и одна и та же микросхема может быть использована для создания радио-тракта в пределах всего диапазона <1ГГц. Приемопередатчик способен работать в частотных диапазонах 164-192, 410-480, 820-960 МГц. Поддерживается режимы модуляции 2-FSK, 4-FSK, 2-GFSK, 2-GFSK, MSK, OOK, ASK и аналоговая частотная модуляция.

Фактически, при построении схемы для конкретной частоты изменяются номиналы элементов в соответствии с рекомендованными в документации параметрами (Рис. 4.18) [13].

Типовая схема включения СС112х

увеличить изображение
Рис. 4.18. Типовая схема включения СС112х

Усовершенствования, направленные на увеличения производительности и стабильности работы устройств коснулись радиотракта, схем и способов обработки сигналов, подходов к управлению отдельными узлами и прибором в целом (Рис. 4.19).

Сердцем приемопередатчика является встроенный частотный синтезатор с низким уровнем фазовых шумов, что также способствует высокой избирательности системы. По сравнению с предшественниками (серия СС1101), уровень фазовых шумов генератора снижен до уровня -109 дБц/Гц в полосе 10 КГц относительно центральной частоты, и в полосе 10 МГц до уровня -130 дБц/Гц (данные представлены для частотного диапазона 170 МГц).

По сравнению с СС1101 уменьшено время выхода из режима низкого энергопотребления в режим приема - до 150 мкс. Также поддерживается автоматическое прослушивание канала перед началом передачи (Clear Channel Assessment - CCA), имеется программируемый индикатор наличия несущей. Уровня принятого сигнала может быть оценен с высокой степенью линейности в широком диапазоне. Приятным дополнением к работе радиочасти устройств линейки Performance является режим совместимости с устройствами стандарта 802.15g. Это позволяет без опаски использовать проприетарные протоколы, без нарушения работоспособности существующих сетей (например, возможна совместная работа с сетями стандартов ZigBee или 6LoWPAN).

СС112х имеют аппаратную поддержку детектирования синхрослова, проверку адреса, автоматический подсчет длины пакета и вычисление контрольной суммы. Добавлена поддержка ретрансляции пакетов, автоматическая отправка подтверждения принятия пакета. Размеры приемного и передающего буфера увеличены до 128 байт каждый, что упрощает передачу больших объемов данных, кроме того, возможен прием пакета без участия внешнего контроллера.

Структурная схема приемопередатчиков СС112х

увеличить изображение
Рис. 4.19. Структурная схема приемопередатчиков СС112х