包含ZigBee传感和控制解决方案的经济高效的无线个人区域网络

1、    包含ZigBee传感和控制解决方案的经济高效的无线个人区域网络摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte无线个人区域网络(或WPAN)对传感、监视和控制应用来

2、说尤其有用。经济高效的WPAN具有在众多最终产品中实施无线连通性的独特潜力，而在以前，这些产品从未考虑过这一功能。对主要WPAN 设计因素进行彻底的、基于事实的、逻辑的和有组织的评估可以密切管理系统财务目标，用积极的回报率提升最终产品价值，同时仍实现主要的无线设计目标。传感、监视、控制解决方案推动着WPAN实施的具体考虑因素。传感、监视和控制应用中的低成本无线网络范围是那些距离在300米及以下和数据速率在250 kbps及以下的网络。在WPAN最终节点设计中，为了满足产品需求，通常必须把电池寿命延长到一个适当的水平。嵌入式工程师在设计工作开始前先分析几个关键因素，可以提高最终无线网络实施的效果

3、。以矩阵格式开发和探究这些关键因素将有助于设计工程师加快组件和解决方案选择分析进程。参考设计图、物料清单和其他应用信息也可以作为设计启动的基本要素进行收集。本文举出了一个无线UART(通用异步接收/发射器)参考设计示例。建议嵌入式工程师考虑与WPAN设计要求有关的以下区域：集成、无线联网拓扑、无线电(RF调制解调器或收发器)、性能、操作电压、数据速率、范围、信道灵活性、输出功率、灵敏度、电源管理、外围设备、时钟、多层软件、硬件和软件设计的简便性、天线设计和封装。另外，无论是考虑集成的解决方案还是离散解决方案，都应从以下几方面评估一下微控制器(MCU)：CPU特性、性能、内存选件、电源管理、时钟

4、源选件、模拟-数字转换、外围设备、封装、在线调试和编程功能、以及软件和硬件设计的简便性。这些分析将为工程决策提供一个合理的视角、为设计成功铺平道路，最终实现产品的快速上市和更轻松实施经济高效的无线联网。集成低成本无线联网的各种实施替代方案为工程师提供了高度灵活的设计流程。像下面显示的这种替代方案，它考虑采用一站式采购提供商的解决方案，这种解决方案提供了各种与一系列微控制器选择结合使用的独立收发器配置(见图1)。作为第二种同样有效的替代方案，它考虑使用能够提供集成的收发器/微控制器 (MCU)产品的最新解决方案。由于设计人员通常在多个类似的最终产品上工作，设计组件和工程投资的再利用就显得非常重要

5、。因此，解决方案选项的结构性评估在成本和资源两个方面都非常有效。周密的研究可以为基于一个基础设计的几种最终产品提供依据(见图2)。无线联网拓扑2.4 GHz ISM频段支持几种短距离无线联网拓扑。每种替代方案的开发都是为了最好地服务特定应用或功能。与2.4 GHz频率范围有关的最常见联网拓扑是Bluetooth、WiFi和ZigBee、以及其他一些专用解决方案(见图3)。这些解决方案都适合于无线个人区域网络，还有些解决方案则提供扩展功能，能够很好地满足传感、监视和控制应用需要。也可以考虑一些非标准专用解决方案，但这些解决方案可能带给设计人员一定风险，因为它们依赖于厂商，并可能随时更改。根据Zi

6、gBee联盟(见)的解释，ZigBee(一种基于 IEEE 802.15.4标准的解决方案)的创建主要针对那些要求低功耗、低数据速率、可靠性和安全性的网络。ZigBee解决方案适应特定网络的支持网状联网、网络恢复和愈合、设备互操作性和厂商独立性。ZigBee解决方案频率通常在868/915 MHz或2.4 GHz的频谱范围内。ZigBee技术解决方案的数据速率是250 Kbps。为了最大限度地延伸电池使用寿命，功耗必须特别低，使碱性或锂电池实现几个月甚至几年的使用寿命(通常相当于电池的货架寿命)。从理论上讲，ZigBee技术最多可支持65,000个节点。最适合由Zi

7、gBee技术解决方案支持的常见传感、监视和控制应用包括：个人和医疗监视；资产管理、状态和跟踪；安全、接入控制和安全监视；舒适性监控；流程传感和控制；能源管理；家庭自动化；加热、通风、空气调节传感和控制；楼宇自动化；工业自动化和众多其他应用。有些无线个人区域网络可能与单一的点到点或星状配置一样简单。对于一些特定的应用，与ZigBee类似的其他专用无线解决方案能提供最适合该应用的设计简便性与系统功能匹配。比如简单媒体接入控制或SMAC。这一领域的解决方案都是厂商提供易用源码，加快简易网络的面市。符合IEEE802.15.4标准的媒体接入控制器 (MAC)解决方案用数据包和流数据模式、时隙和非时隙网

8、络、128 AES数据加密，支持更复杂的配置。提供多级堆栈功能的提供商让嵌入式工程师能够将他们的设计软件重新用于各种WPAN，包括复杂程度不同的WPAN。多堆栈解决方案使嵌入式工程师可以轻松建立无线系统，并将大部分精力集中到应用软件的基础设计。无线(收发器)或射频调制解调器要实施低成本无线联网系统，应考虑几个RF调制解调器特性。大多数经济高效的WPAN RF解制解调器解决方案都建议采用2.0-3.4V的电源。对轻量无线网络来说，低数据速率足以支持监视、传感和控制功能，并能够帮助管理系统功耗。就像前面提到的那样，2 MHz信道(其中信道间距为5 MHz)中具有全展频编解码、速率为250 kbps

9、及以下的O-QPSK数据通常为这类应用选择。在这种环境中，收发器唤醒，收听开放信道，并以较低数据速率发射小型数据包，直到显示了下一事件时才关闭。顺序排列、快速加电延迟、低数据速率和小型数据包允许802.15.4收发器选择数据传输最有效的时间增量。正如前面所述，对传感和控制子系统来说，数据传输范围和功率要求最好用WPAN软件堆栈解决方案进行支持。典型范围是0-10米，然而很多解决方案都提供远远超过300米的视线范围。查看与规划设计有关的可用收发器信道的数量和类型非常重要。可供选择的收发器信道让设计人员能够选择利用那些最能降低噪声的信道，特别是远离更为拥挤的2.4GHz WiFi 信道。对于较嘈杂的操作环境，有经验的厂商会提供三到四条噪声可能较低的2.4GHz信