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基于無線USB技術(shù)的系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用
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標題：基于無線USB技術(shù)的系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用
1樓
wangxinxin
發(fā)表于：2010-11-22 13:47:43
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<div style="PADDING-RIGHT: 0px; MARGIN-TOP: 10px; FONT-SIZE: 9pt; OVERFLOW-X: hidden; WIDTH: 97%; WORD-BREAK: break-all; TEXT-INDENT: 0px; LINE-HEIGHT: normal; HEIGHT: 200px; WORD-WRAP: break-word" > 摘要：針對無線傳輸?shù)默F(xiàn)狀，介紹Cypress公司全新推出的低成本W(wǎng)irelessUSB LR系統(tǒng)的特性和基本結(jié)構(gòu)；針對系統(tǒng)的核心芯片CYWUSB6935的特點與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為用戶提供最小系統(tǒng)的設(shè)計思想，并簡要介紹2Way網(wǎng)絡(luò)中無線USB的數(shù)據(jù)傳輸過程。 關(guān)鍵詞：WirelessUSB LR CYWUSB6935 2-Way網(wǎng)絡(luò) 由于USB技術(shù)在最近幾年已成長為PC主流的技術(shù)標準，幾乎所有的外設(shè)都可以借助USB接口輕易地與PC機相連。2004年，包括惠普、英特爾、微軟、NEC、飛利浦半導體、三星電子在內(nèi)的多家大公司成立了WUSB（無線USB）促進聯(lián)盟，旨在將USB的使用變得更加簡便——去掉電纜，實現(xiàn)無線USB技術(shù)。為了給用戶提供一種低成本的WUSB射頻系統(tǒng)解決方案，Cypress Semiconductor公司最近推出了低成本的芯片級遠距離2.4 GHz射頻系統(tǒng)——WirelessUSB LR（CYWUSB6935）方案。該方案可以在半徑50 m甚至更大的范圍內(nèi)為用戶提供在眾多有線應(yīng)用中快速實現(xiàn)無線連通的途徑。與Zigbee和藍牙等復(fù)雜且昂貴的無線網(wǎng)絡(luò)方案相比，WirelessUSB LR憑借其出色的遠程無線通信能力和低廉的系統(tǒng)成本，將無線系統(tǒng)的應(yīng)用擴展到建筑與家庭自動化、工業(yè)控制、醫(yī)療檢測、傳呼系統(tǒng)和顯示設(shè)備等領(lǐng)域[1]。 1 WirelessUSB LR系統(tǒng)突出特性 ① WirelessUSB LR作為無線系統(tǒng)，很好地解決了如何在壅塞與干擾的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境中保持傳輸?shù)挠行浴irelessUSB LR的雙向直接順序擴展頻譜（DSSS）編碼技術(shù)，結(jié)合預(yù)定義的虛擬雜訊碼以及機動頻道切換等技術(shù)，創(chuàng)造出一整套動態(tài)頻率調(diào)整的解決方案，其優(yōu)異的處理效率足以確保無線通信數(shù)據(jù)的傳輸效率。在硬件部分中，LC網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配能排除強度更高的（如移動電話和無繩電話等）外界信號（outofband），對天線的不斷改進，使得系統(tǒng)對外接信號的靈敏度達到-95 dBm。此外，低噪聲放大器與綜合器皆在極高的頻率中進行AC耦合，故能排除不同頻率的干擾信號。例如,AM調(diào)幅廣播和電視信號,在緊鄰藍牙的環(huán)境中，發(fā)生信號碰撞的比率低于1.5 ％的無線傳輸時間，一旦發(fā)生碰撞，發(fā)送器必須重新傳送受影響的數(shù)據(jù)包。 ② WirelessUSB LR作為單芯片解決方案，高度整合了系統(tǒng)的應(yīng)用引擎，包括無線電接收機和數(shù)字基帶組件，既降低了成本又縮短了研發(fā)時間。外接器件只需要一套低價位的8位微控制器、振蕩晶體和一些無源組件。在應(yīng)用上，WirelessUSB使用CY7C63723 enCoRe或USB控制器與USB總線構(gòu)建傳輸接口，可視為SPItoUSB橋接器，并且它不需要額外的驅(qū)動程序。對于遠程控制或機頂盒外設(shè)，該項技術(shù)消除了瞄準線操作的限制。 ③ 無線系統(tǒng)設(shè)計里用戶十分關(guān)心電池的續(xù)航能力，不希望經(jīng)常更換電池，更不希望在設(shè)備使用過程中由于電池的原因而中斷傳輸。由于大部分無線電系統(tǒng)待機時都能將耗電率降至接近于零的程度，因此降低耗電率與延長電池續(xù)航能力的關(guān)鍵就是限制傳輸數(shù)據(jù)長度。通信協(xié)議越復(fù)雜，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就越多。WirelessUSB LR中的通信協(xié)議能夠以極高的效率處理數(shù)據(jù)包。另一種途徑就是限制無線電發(fā)送的時間，像藍牙等解決方案，就必須定期與網(wǎng)絡(luò)同步，才能及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的新設(shè)備。WirelessUSB LR擁有為降低耗電率而設(shè)計的自我校正機制，使得設(shè)備待機耗電大約只有0.25 μA，輸出功率降至0 dBm。如此低的耗電率能夠提供典型無線鍵盤9個月以上的電池續(xù)航力,或者為游戲操控裝置提供100小時以上的續(xù)航力；對于普通傳感器/傳動器，電池壽命可達數(shù)年，而且硬件采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的工作方式，在無數(shù)據(jù)傳輸時，自動進入“掛起”狀態(tài)[2]。 </div> <div style="PADDING-RIGHT: 0px; MARGIN-TOP: 10px; FONT-SIZE: 9pt; OVERFLOW-X: hidden; WIDTH: 97%; WORD-BREAK: break-all; TEXT-INDENT: 0px; LINE-HEIGHT: normal; HEIGHT: 200px; WORD-WRAP: break-word" > 2 系統(tǒng)硬件CYWUSB6935芯片介紹 CYWUSB6935是Cypress公司為配合WirelessUSB LR方案推出的低成本高集成度的2.4 GHz直接順序擴展頻譜（DSSS）射頻片上系統(tǒng)（SoC）,具有可配置的雙向(接收或發(fā)送）功能。CYWUSB6935提供了完整的針對WirelessUSB LR的從串口SPI到射頻發(fā)射的調(diào)制解調(diào)方案[3]。 2.1 CYWUSB6935芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) CYWUSB6935內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。 <span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎmso-font-kerning:1.0pt; mso-ansi-language: en-us; mso-fareast-language: zh-cn; mso-bidi-language: ar-sa; mso-bidi-font-family: 'times new="new" roman'; mso-fareast-font-family: 宋體"><shapetype id="_x0000_t75" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" opreferrelative="t" ospt="75" coordsize="21600,21600"><font face="宋體, MS="MS" Song"> <stroke joinstyle="miter"></stroke></font><formulas><f eqn="if lineDrawn="lineDrawn" pixelLineWidth="pixelLineWidth" 0"></f><f eqn="sum @0 1="1" 0"></f><f eqn="sum 0="0" 0="0" @1"></f><f eqn="prod @2 1="1" 2"></f><f eqn="prod @3 21600="21600" pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600="21600" pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0="0" 1"></f><f eqn="prod @6 1="1" 2"></f><f eqn="prod @7 21600="21600" pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600="21600" 0"></f><f eqn="prod @7 21600="21600" pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600="21600" 0"></f></formulas><path oc="oc" gradientshapeok="t" oextrusi="oextrusi" ></path><lock aspectratio="t" vext="edit"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" style="WIDTH: 375pt; HEIGHT: 201.75pt" type="#_x0000_t75" alt=""><imagedata ohref="http://wwww.tenyear.net/d/file/article/flashchip/2007-01-20/2a35416c0d6ff24404d717e1bed7d85a.gif" src="file:///C:\DOCUME~1\hugang62\LOCALS~1\Temp\msohtml1\02\clip_image001.gif"></imagedata></shape></span> 圖1CYWUSB6935內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu) CYWUSB6935內(nèi)部集成了串行數(shù)據(jù)接口（SPI）、串并/并串轉(zhuǎn)換器（SERDES）、綜合器（synthesizer）、2.4 GHz的射頻收發(fā)器，采用高斯頻移鍵控調(diào)制解調(diào)器（GFSK Modem）和直接順序擴展頻譜（DSSS）數(shù)字基帶模塊。用戶可以通過控制信號靈活地設(shè)置射頻和數(shù)字基帶部分。為了進一步優(yōu)化性能，CYWUSB6935將49個擴頻編碼調(diào)制到78個1 MHz寬度的頻率域上，從而在理論上可以為用戶提供3822個獨立的頻道，讓每個主系統(tǒng)能夠連接多組外圍設(shè)備，且通信距離可達到50 m或更遠。 2.2 CYWUSB6935的主要特點 ① 2.4 GHz的無線收發(fā)器工作在2.4~2.483 GHz的ISM公共頻段內(nèi)。如此以來，CYWUSB6935突破了眾多27 MHz、400 MHz以及900 MHz系統(tǒng)共有的各種限制；工作于2.4 GHz公共ISM頻段的WirelessUSB LR還使用戶能夠在世界范圍內(nèi)推廣使用其解決方案，而無需受地區(qū)性頻率要求的約束，從而具備了全球通用性、合理的功率規(guī)格以及更高的通信頻寬[4]。 ② 高達0 dBm的輸出電平和低于1 μA的待機電流。CYWUSB6935內(nèi)部配備了耗電率自我校正機制，從而將Wireless USB射頻設(shè)備的待機耗電降低到1 μA以下,且輸出電平壓低到0 dBm，打破了無線系統(tǒng)設(shè)計中耗電率的技術(shù)壁壘，大大延長了設(shè)備電池的續(xù)航能力。 ③ -95 dBm的接收靈敏度與超過50 m范圍的全方位傳輸距離。接收靈敏度的提高和傳輸距離的延伸,都確保在50 m甚至更大范圍內(nèi)準確快速地獲得全方向信號，使WirelessUSB LR技術(shù)進入更遠距離的商業(yè)和工業(yè)多點對單點應(yīng)用領(lǐng)域，從而拓展了該無線系統(tǒng)的應(yīng)用市場。 ④ 高達62.5 Kb/s的數(shù)據(jù)吞吐量和高達2 MHz傳輸頻率的SPI微機接口。CYWUSB6935可實現(xiàn)62.5 Kb/s速率的雙向或單向RF傳輸，平均延時小于10 ms；數(shù)據(jù)傳輸率達2 MHz的SPI接口可以輕松地將設(shè)備數(shù)據(jù)上傳至上位機系統(tǒng)。 ⑤ 可配置的雙向直接順序擴展頻譜（DSSS）基帶相關(guān)器。借助DSSS技術(shù)，CYWUSB6935可以避免來自如2.4 GHz頻段中802.11b、藍牙（Bluetooth）等其他系統(tǒng)的信號干涉，以及來自無繩電話和微波爐的無線輻射。 ⑥ 高集成、低成本的48QFN封裝，按最少外接元件要求設(shè)計，完全可以達到用戶的單片設(shè)計要求。 ⑦ 片內(nèi)集成30位的制造商ID、2.7~3.3 V的工作電壓和-40～85℃的工作環(huán)境，在很大程度上拓展了CYWUSB6935芯片的適用領(lǐng)域。 </div>
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