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----  基于無線USB技術的系統開發與應用  (http://www.xinguifushi.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=29&id=1618)

--  作者：wangxinxin
--  發布時間：2010-11-22 13:47:43
--  基于無線USB技術的系統開發與應用

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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：針對無線傳輸的現狀，介紹Cypress公司全新推出的低成本WirelessUSB LR系統的特性和基本結構；針對系統的核心芯片CYWUSB6935的特點與內部結構，為用戶提供最小系統的設計思想，并簡要介紹2Way網絡中無線USB的數據傳輸過程。關鍵詞：WirelessUSB LR CYWUSB6935 2-Way網絡　　由于USB技術在最近幾年已成長為PC主流的技術標準，幾乎所有的外設都可以借助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、三星電子在內的多家大公司成立了WUSB（無線USB）促進聯盟，旨在將USB的使用變得更加簡便——去掉電纜，實現無線USB技術。為了給用戶提供一種低成本的WUSB射頻系統解決方案，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——WirelessUSB LR（CYWUSB6935）方案。該方案可以在半徑50 m甚至更大的范圍內為用戶提供在眾多有線應用中快速實現無線連通的途徑。與Zigbee和藍牙等復雜且昂貴的無線網絡方案相比，WirelessUSB LR憑借其出色的遠程無線通信能力和低廉的系統成本，將無線系統的應用擴展到建筑與家庭自動化、工業控制、醫療檢測、傳呼系統和顯示設備等領域[1]。 1 WirelessUSB LR系統突出特性　　① WirelessUSB LR作為無線系統，很好地解決了如何在壅塞與干擾的數據傳輸環境中保持傳輸的有效性。WirelessUSB LR的雙向直接順序擴展頻譜（DSSS）編碼技術，結合預定義的虛擬雜訊碼以及機動頻道切換等技術，創造出一整套動態頻率調整的解決方案，其優異的處理效率足以確保無線通信數據的傳輸效率。在硬件部分中，LC網絡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（outofband），對天線的不斷改進，使得系統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調幅廣播和電視信號,在緊鄰藍牙的環境中，發生信號碰撞的比率低于1.5 ％的無線傳輸時間，一旦發生碰撞，發送器必須重新傳送受影響的數據包。　　 ② WirelessUSB LR作為單芯片解決方案，高度整合了系統的應用引擎，包括無線電接收機和數字基帶組件，既降低了成本又縮短了研發時間。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。在應用上，WirelessUSB使用CY7C63723 enCoRe或USB控制器與USB總線構建傳輸接口，可視為SPItoUSB橋接器，并且它不需要額外的驅動程序。對于遠程控制或機頂盒外設，該項技術消除了瞄準線操作的限制。　　③ 無線系統設計里用戶十分關心電池的續航能力，不希望經常更換電池，更不希望在設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航能力的關鍵就是限制傳輸數據長度。通信協議越復雜，傳輸的數據就越多。WirelessUSB LR中的通信協議能夠以極高的效率處理數據包。另一種途徑就是限制無線電發送的時間，像藍牙等解決方案，就必須定期與網絡同步，才能及時發現網絡中的新設備。WirelessUSB LR擁有為降低耗電率而設計的自我校正機制，使得設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個月以上的電池續航力,或者為游戲操控裝置提供100小時以上的續航力；對于普通傳感器/傳動器，電池壽命可達數年，而且硬件采用數據驅動的工作方式，在無數據傳輸時，自動進入“掛起”狀態[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（SoC）,具有可配置的雙向(接收或發送）功能。CYWUSB6935提供了完整的針對WirelessUSB LR的從串口SPI到射頻發射的調制解調方案[3]。 2.1 CYWUSB6935芯片的內部結構　　CYWUSB6935內部模塊結構如圖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內部模塊結構　　CYWUSB6935內部集成了串行數據接口（SPI）、串并/并串轉換器（SERDES）、綜合器（synthesizer）、2.4 GHz的射頻收發器，采用高斯頻移鍵控調制解調器（GFSK Modem）和直接順序擴展頻譜（DSSS）數字基帶模塊。用戶可以通過控制信號靈活地設置射頻和數字基帶部分。為了進一步優化性能，CYWUSB6935將49個擴頻編碼調制到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，讓每個主系統能夠連接多組外圍設備，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的無線收發器工作在2.4~2.483 GHz的ISM公共頻段內。如此以來，CYWUSB6935突破了眾多27 MHz、400 MHz以及900 MHz系統共有的各種限制；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推廣使用其解決方案，而無需受地區性頻率要求的約束，從而具備了全球通用性、合理的功率規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內部配備了耗電率自我校正機制，從而將Wireless USB射頻設備的待機耗電降低到1 μA以下,且輸出電平壓低到0 dBm，打破了無線系統設計中耗電率的技術壁壘，大大延長了設備電池的續航能力。　　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甚至更大范圍內準確快速地獲得全方向信號，使WirelessUSB LR技術進入更遠距離的商業和工業多點對單點應用領域，從而拓展了該無線系統的應用市場。　　④ 高達62.5 Kb/s的數據吞吐量和高達2 MHz傳輸頻率的SPI微機接口。CYWUSB6935可實現62.5 Kb/s速率的雙向或單向RF傳輸，平均延時小于10 ms；數據傳輸率達2 MHz的SPI接口可以輕松地將設備數據上傳至上位機系統。　　⑤ 可配置的雙向直接順序擴展頻譜（DSSS）基帶相關器。借助DSSS技術，CYWUSB6935可以避免來自如2.4 GHz頻段中802.11b、藍牙（Bluetooth）等其他系統的信號干涉，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計，完全可以達到用戶的單片設計要求。　　⑦ 片內集成30位的制造商ID、2.7~3.3 V的工作電壓和-40～85℃的工作環境，在很大程度上拓展了CYWUSB6935芯片的適用領域。 </div>
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