短距离无线消费电子的RF前端设计
随着系统成本和功耗进一步降低以及产品性能的提高,无线短距离消费电子市场正高速增长。本文将向设计工程师介绍一些市场上出现的新趋势和方案,并介绍RFW102芯片组的特点和应用。
短距离无线应用是指可在最远100米范围内传输数据的解决方案。无线短距离应用主要有以下几种：
无线局域网(WLAN) 可替代有线LAN连接的高速传输方案(11~56Mbps)。WLAN方案在办公室应用场合很普遍,而且在小型办公室/家庭办公(SOHO)和私人住宅等应用场合也越来越流行。其室内有效距离通常是100米。
个人区域网络(PAN) 适用于10米范围内的中等传输率应用环境(有些PAN有时需要更远的距离)。该方案主要针对开放环境应用和产品(蓝牙)。
图1：基于RFW102收发器的功能框图
无线短距离消费类产品 中低速数据传输应用,有效范围在30米内,该类产品可能跟一些PAN应用有重叠。该类方案一般针对封闭应用环境和产品,目前这类产品存在很多解决方案。
射频前端技术趋势
由于消费类产品对无线通信功能的需求不断增长,针对这些需求目前存在各种技术方案,而各种技术方案的优越性可用下面五个关键指标来衡量：
成本：成本越低,应用越广,市场潜力也就越大。可以这么说,当成本每降低10%,市场潜力将会扩大100%。
传输范围：短距离无线方案的适用范围一般在室内30米以内。
电源效率：无线设备在许多情况下是由电池供电的,因此电池使用寿命是一个关键指标。这一问题将会间接地反映在成本上,因为功耗大,消费者就必须更频繁地更换电池。即使使用可充电电池,消费者也需要更强劲的电池,以便每次充电后的使用时间尽可能长。
服务质量(QoS)：满足数据传输率要求条件下提供可靠的数据链接。
高数据传输率：该参数可为无线消费产品市场开辟新的应用领域。过去由于成本问题而无法实现的应用,现在也可通过恰当的设计来实现。
一个无线方案一般由RF前端和媒体访问层(MAC)两部分组成。RF前端主要由以下几个性能指标来衡量：
链接预算：链接预算[dB] = 输出功率[dBm] - 灵敏度[dBm]。输出功率是指发射时从发射器输出的功率,灵敏度是指接收器的灵敏度。10米室内距离要求至少70dB的链接预算,当前的许多产品都满足这一要求。输出功率一般为0~10dBm,灵敏度为-80~-90dBm。
图2：RFW102前端实现电路图。
工作频率：消费类产品不能承受频率占用的费用,最好工作在无需申请许可的ISM频段。2.4GHz是唯一全球通用的ISM频段,供应商所使用的其它频段还有900-928MHz (只适用于美洲大陆)和868-870MHz (欧洲的大部分地区)。
调制方案：目前的许多产品采用幅移键控(ASK)或频移键控(FSK)。
扩频方案：频谱扩展可为工作于ISM频段的无线应用实现稳定性和安全性。常用的两种扩频方案是跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS),这两种完全不同的扩频方案都具有同样的稳定性。
接收器/发射器/收发器：单工链接是指每一边(节点)在某一时刻要么发射(发射器),要么接收(接收器),但不能同时发射和接收;而双工链接则意味着每一节点都可同时发射和接收(收发器)。
消费类产品的RF前端
无线短距离消费市场是一个庞大的市场,有着各种各样的产品(见表2)。但从消费者的角度来看,现今的产品还无法以合理的价格提供令人满意的解决方案。
无线产品厂商在选择技术方案时,一般更注意成本问题,甚至认为成本比质量更重要。但是消费者并不能接受这种思想,他们希望无线产品至少能跟低价位有线产品一样好。因此,无论一个无线方案多么好,只要不能实现合理的价格,它就无法应用于消费类产品;同样,如果所用的无线方案不能提供跟有线方案同样好的数据链接性能,消费者也不会满意。表 1给出了改善以上讨论的5个基本参数的技术要求。
