一次性发射机无线电设计的相关技术介绍

射频（RF）组件的尺寸，重量，功率和成本的降低在满足行业要求方面变得越来越重要。特别是遥测，数据采集，环境传感器，野生动物传感器以及其他远程或无人应用需要使用一开始设计的无线电一次性或短时间的小型，低功耗和低成本的仅发送数据链路 - 使用。更重要的是，这些短寿命系统通常放置在最恶劣的环境中，这些环境受到热，冷，冲击，振动甚至ESD，EMI，RFI和太阳耀斑的影响。

设计这些链接的方式与具有相当精心设计的生命周期的典型产品不同。可靠性，巧妙的低功耗技术和小型化通常是必不可少的元素。在某些应用中，将使用和部署数百或数千个这些专用链路，因此成本也是一个驱动因素。

本文着眼于与一次性发射机无线电设计相关的问题。检查协议，调制，发射功率电平和操作的选择，以及对这些类型的设计有用的一些部件和技术。在这个由3部分组成的系列文章的第1部分中，我们将介绍低成本的AM和OOK技术，这些技术相对简单，但仍然使用低功耗，窄带提供可靠的操作，用于单向，仅传输功能。在第2部分中，我们将研究相应的FM和PSK窄带解决方案和部件。最后，在第3部分中，我们将研究将单片机与无线电一起嵌入以实现更高性能水平的单芯片无线电收发器。这里引用的所有部件，数据表，教程，开发套件和培训都可以在Digi-Key网站上找到。

单向通信

数据采集设备需要： 1）记录并存储累积的数据，以便以后上传; 2）在指定的时间片处立即报告，或3）在事件发生时报告。 （有时它们必须满足这些要求中的一个以上。）例如，用于天气监测的简单环境传感器可以很容易地连接到气球以收集在采集时发送的即时数据。否则，必须恢复每个气象气球以收集其数据。

作为另一个例子，考虑一只鸟的手镯，记录可用于学习迁移模式的GPS坐标。除非您一直跟踪鸟类，否则记录定时或触发发送的数据是收集信息的最节能和最可靠的方法。

如果同时部署多个单元，则可以分配基于实时的时隙。低功耗，实时时钟在温度和时间上非常可靠，低功耗，实时时钟的报警功能可以允许仅发送电路唤醒并在重复或一次性时提供其有效负载基础。

所有这一切都假设接收器距离足够近以便可靠地收集数据。相反，这意味着发射链路必须具有足够的信号强度以切断任何范围和/或环境问题。否则，这种成本最低的仅传输数据链路将无法提供必要的数据。

无线电的类型和调制的选择对于一次性无线电来说至关重要。大多数部署将部署的大多数应用程序都是成本敏感的，需要很小。这是简单有用的地方。

简单的AM或FM发射器成本最低，在第1部分中我们将重点介绍AM解决方案。单晶体管级可用于实现简单的载波/载波关闭或FSK类型的调制器（图1）。使用标准的通用部件可以轻松获得多种公共领域设计。虽然限制在大约10μW的输出功率（在未许可频段），但这些可以传输相当干净的信号，用于近距离（100码左右）的数据采集。

图1：几种优质，低成本的单晶体管AM发射器设计属于公共领域，旨在使用标准的现成产品部分。显示了两个例子。

AM调制是最简单的，只需在数据处于逻辑1时打开发送器即可。载波不必始终保持通信。这种简单的载波/载波关闭技术可与AM，FM或边带一起使用。这也称为开/关键控（OOK）。

虽然单晶体管设计非常小且便宜，但集成无线电芯片也是一种选择。微型Micrel MICRF113YM6 TR SOT-6针发射器是先进AM无线电发射器芯片的一个例子（图2）。在内部，这部分包含一个完整的“数据输入/天线输出”仅传输链路。基于ASK调制，该公司QwikRadio发射器系列的成员专注于300至450 MHz UHF免许可频段和技术，以支持高达20 Kbits/sec的数据速率。

图2：集成的仅发送AM芯片可以使用极少的外部组件提供小型，低成本和可靠的链路。

在1.8到3.6 V的电压下，逻辑电平信号可以简单地打开和关闭载波。它还能够在-40到+ 85°C的温度范围内运行，适用于大多数野生动物或遥测发射器，如气象气球，海洋传感器或其他有限范围的视距数据链路。

相应的Qwikradio接收器，如小型SOIC-8引脚MICRF007YM，完成数据链接。使用传统的超外差窄带接收器，它使用外部晶振或参考时钟作为其内部本地振荡器，可以轻松选择中心频率。有关这些部件的产品信息页面（使用提供的链接）提供了几个建议的配对晶体链接。

MICRF007YM提供所有检测后（解调器）数据滤波，因此无需外部基带滤波器。解调器滤波器带宽固定为2.5 kHz。使用NRZ波形可以实现高达3.2 kbps的数据速率。其他几个家庭成员支持高达1 GHz的频率。

另一个有趣的部分来自Maxim，它还提供小型ASK型RF发射器设备，如MAX7044AKA + T，以支持300-450 MHz-UHF频段。这里的一个很好的功能是单输入数据接口，使用1/16晶体频率的缓冲时钟输出信号。这实际上允许任何微控制器实现基本的跳码序列器。这有助于在低成本，简单的RF发送链路上实现互操作性或抗噪性。

Maxim还提供了针对短距离UHF ASK调制发射机的FCC和ETSI要求的应用笔记。还有一个用于低成本ISM频段发射机的功率放大器应用笔记。

其他选择

其他几家供应商也制作精心设计的AM-和OOK型低成本传输部件，占地面积小。少数人专注于ISM频段的特定频率。例如，用于418 MHz的8针表面贴装Linx Technologies TXM-418-LC和用于433 MHz的Linx TXM-433-LR。两者都是ASK，OOK AM发射器，可在不同的天线负载条件下提供稳定的性能。与413 MHz LC部件的5 Kbits/sec相比，433 MHz LR部件的数据速率最大为10 Kb/sec。 Linx Technologies的5 Kbit/sec TXM-315-LC 315 MHz器件也可提供。

每个实现上的固定频段允许在不仅仅一个设备附近的一些互操作性。即使在不同频率下同时操作不同单元也可以使这种方法成为可取的。接收器只是调谐“站”以访问数据流。

虽然这种方法不如更昂贵和更先进的扩频技术那么有效，但并非所有设计都需要这种复杂程度。事实上，现代Wi-Fi，蓝牙，ZigBee等的更高成本，尺寸和复杂性使得数字无线电芯片成为许多这些一次性设计的不良选择。

STMicroelectronics的STS1TXQTR是一款速度相当快的500 Kbit/sec数据速率调制器，仅供传输使用。这是一个相当复杂的部分，在更大的20引脚QFN封装中具有许多高级功能（图3）。

ST部分的一个特别好的特性是具有动态有效载荷的灵活分组长度。这不仅仅是一个简单的开/关发射器。该部件是一个实际的RF发射器外围设备，包括GPIO，FIFO，无线电控制，频率合成等。

图3：先进的仅发送芯片可以提供相当好的数据速率，高级功能和低功耗模式，但可能会占用更多空间。

在未经许可的UHF频段内，有几个子频段可供这些部分专门支持。这些是150-174MHz，300-348MHz，387-470MHz和779-956MHz。这使得可以非常容易地将多个设备分区以同时或同时操作，只要存在相应的接收器即可。结果，可以支持由外部MCU管理的跳频。请注意，这是比现代复杂的扩频无线电提供更慢的速率跳，但它仍然非常有用。

STMicroelectronics STS1TXQTR比我们所看到的6引脚和8引脚部件更大到目前为止，它带来了更高级别的功能，包括支持128位AES加密。它还支持FM和高斯频移键控（GFSK）调制，它带来了我们将在本系列的第2部分中讨论的其他好处，其中我们将讨论用于FM和PSK的一次性发射器。

总之

从监测鸟类迁移模式到从卫星发送科学数据，使用了许多类型的单向RF链路，这些应用通常需要一次性无线电。正如本文所讨论的那样，设计工程师在这里有很多选择，可以使用各种技术，部件性能和功能。每种需求都是不同的，因此应该针对每种设计仔细考虑基于尺寸，功率和成本限制的选项。