1GHz以下的非授權(quán)ISM頻帶為消費(fèi)電子和工業(yè)產(chǎn)品所廣泛使用。這些產(chǎn)品涉及家庭安全、家庭自動(dòng)化、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程感應(yīng)、自動(dòng)抄表、電動(dòng)玩具、氣象站和無(wú)線天氣鐘等諸多應(yīng)用，而它們都將更長(zhǎng)距離、低系統(tǒng)成本和長(zhǎng)電池壽命視為關(guān)鍵參數(shù)。相對(duì)于2.4GHz，這些頻率下的傳輸特性更優(yōu)異，因此具備更低電流損耗的sub-GHz頻帶具備更長(zhǎng)的有效距離。另外，sub-GHz頻率對(duì)于微波、Wi-Fi和藍(lán)牙是無(wú)干擾的，也使它們比2.4GHz具有更高的穩(wěn)健度。

為該市場(chǎng)設(shè)計(jì)收發(fā)器所面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是如何有效處理高性能與低成本和低功耗之間的不一致。EZRadioPRO系列產(chǎn)品則是出于這樣的初衷而設(shè)計(jì)的，對(duì)于相應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品而言，其在系統(tǒng)BOM成本、電流損耗以及有效距離/鏈路預(yù)算(link budget)方面具有優(yōu)勢(shì)。

其在信道選擇濾波器、調(diào)制格式、帶寬優(yōu)化和數(shù)據(jù)包處理特性等方面也具備高度的可配置性和靈活性。這種高級(jí)別的可配置性使芯片能更好地適應(yīng)廣大的應(yīng)用領(lǐng)域。

有效距離和鏈路預(yù)算

有效距離由可獲得的鏈路預(yù)算和接收天線與發(fā)送天線之間的路徑損耗所決定。而鏈路預(yù)算則由到接收器和發(fā)送器天線的總增益減去接收機(jī)靈敏度來(lái)決定。盡管sub-GHz具備諸多優(yōu)勢(shì)，但多徑衰落和干擾仍會(huì)使距離受到限制。

多徑衰落由接收到的多向發(fā)送信號(hào)引起，而這些多向信號(hào)則通常是因?yàn)槭艿浇饘傥矬w反射，從而導(dǎo)致信號(hào)在接收天線出現(xiàn)對(duì)消或衰減。防止多徑衰落的一個(gè)常用方法是使用天線分集，其在多徑衰落環(huán)境下一般可提升8-10dB的鏈路預(yù)算。

EZRadioPRO無(wú)需外部PA(功率放大器)或LNA(低噪音放大器)則可以使任何ISM頻帶收發(fā)器獲得最遠(yuǎn)發(fā)射距離，而通過(guò)諸如輸出功率達(dá)+20dBm的PA、低噪聲和高線性接收前端、靈敏的高性能數(shù)字GFSK/FSK/OOK調(diào)制解調(diào)和全集成的天線分集算法等來(lái)防止多徑衰落的影響，也可使鏈路預(yù)算大為改善。

EZRadioPRO目前是無(wú)線傳感器市場(chǎng)里唯一能提供完全集成的+20dBm PA或天線分集算法的解決方案。+20dBm的高效PA需要抑制Tx電流損耗以避免對(duì)電池壽命造成較大影響。E類(lèi)PA設(shè)計(jì)通常還能同時(shí)具備低功耗和高輸出功率。使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝能解決幾個(gè)電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題，而結(jié)合優(yōu)化的版圖還可以獲得高效的輸出功率。

EZRadioPRO的輸出功率和效率在同類(lèi)產(chǎn)品中占優(yōu)，而其對(duì)適用于跳頻和數(shù)字調(diào)制的FCC規(guī)范第15.247部分所指定的那些高功率ISM應(yīng)用而言是一個(gè)突破。

功率損耗

市面上大量應(yīng)用是采用電池驅(qū)動(dòng)的，因此電流損耗成為選擇設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。具有最小電流損耗的深度睡眠模式能使電池壽命延長(zhǎng)幾年。在ISM收發(fā)器領(lǐng)域，EZRadioPRO產(chǎn)品的最低深度睡眠模式(10nA)比市面上的所有解決方案都少10倍以上的電流損耗。

大多數(shù)應(yīng)用會(huì)使用大量的時(shí)間來(lái)搜查和輪詢(xún)信號(hào)，因此接收器的電流損耗成為該收發(fā)器的另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。在很多應(yīng)用里，具備最小電流損耗的低頻率時(shí)鐘通常用于維護(hù)不同節(jié)點(diǎn)間的定時(shí)。而EZRadioPRO產(chǎn)品線具有一個(gè)32kHz的RC振蕩器、一個(gè)32kHz晶振和傳感器控制，所有這些的電流損耗都非常小，因而能夠提供多種靈活的低功率模式。

低成本

EZRadioPRO是出于降低系統(tǒng)成本的初衷而開(kāi)發(fā)的。很多應(yīng)用的外部元件數(shù)量能夠左右BOM成本。為了達(dá)到更長(zhǎng)的有效距離，系統(tǒng)通常會(huì)選用超過(guò)1美元的外部PA，而EZRadioPRO完全集成的+20dBm PA則可顯著減少系統(tǒng)成本。即使應(yīng)用不需要+20dBm時(shí)，相對(duì)市面上的+10dBm集成PA而言，該芯片的額外輸出功率也可以為小型的低成本低EIRP天線提供補(bǔ)償，而能夠以更低的成本獲得相同的有效距離。

強(qiáng)大的數(shù)據(jù)包處理器使采用低成本MCU成為可能。另外，集成自動(dòng)頻率校準(zhǔn)(AFC)功能允許使用廉價(jià)的具有不嚴(yán)格頻率容差的晶振。為支持多樣的潛在應(yīng)用，其他完全集成進(jìn)該RFIC的還包括溫度傳感器、低電池容量檢測(cè)器、通用ADC和穩(wěn)壓器。由于該芯片具有高度線性前端與數(shù)字信道選擇濾波器，所以免除了在接收路徑上使用專(zhuān)用SAW濾波器的必要，而SAW濾波器在其他ISM接收器中是很常見(jiàn)的。

許多方案采用一個(gè)外部SAW濾波器來(lái)滿足寄生參數(shù)性能方面的要求，但這顯著提升了BOM成本。EZRadioPRO無(wú)需外部SAW濾波器，轉(zhuǎn)而使用少量的通用無(wú)源元件(電感和電容)來(lái)執(zhí)行所需的濾波和匹配。另外的幾個(gè)集成功能也使系統(tǒng)成本大為減少，包括帶可編程閾值的低電池容量檢測(cè)器、通用8位ADC、帶可編程定時(shí)功能的溫度傳感器、超低功耗喚醒定時(shí)器以及用于周期性自動(dòng)接收掃描的低占空比模式等。三個(gè)GPIO引腳則可用于天線分集、可編程時(shí)鐘輸出、中斷輸入以及有效數(shù)據(jù)包輸出等不同應(yīng)用。

EZRadioPRO設(shè)計(jì)

為了能在低電流損耗情況下提供優(yōu)越性能，必須謹(jǐn)慎選擇架構(gòu)和模塊設(shè)計(jì)。該收發(fā)器的架構(gòu)如圖所示。

EZRadioPRO收發(fā)器的架構(gòu)
EZRadioPRO的接收器架構(gòu)是為了獲得高靈敏度和高抗擾性而專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的。對(duì)于窄帶應(yīng)用，無(wú)需使用外部LNA其靈敏度就可提高至-120dBm，而獲取70dB的抗擾性能也無(wú)需使用外部射頻預(yù)選濾波器。通過(guò)優(yōu)化LNA、正交混波器、PGA(可編程增益放大器)和ADC的模擬設(shè)計(jì)可獲得高度靈敏性，而信道靈敏度和調(diào)制解調(diào)器靈敏度則可以在數(shù)字域里面完成。

這樣的分隔可使性能、功耗和系統(tǒng)成本達(dá)到最大優(yōu)化。LNA、正交混波器和PGA都在低噪聲特性、高動(dòng)態(tài)范圍和低功耗方面進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)利用LNA和PGA的幾個(gè)增益級(jí)，動(dòng)態(tài)范圍得到了擴(kuò)展。這些增益級(jí)為AGC(自動(dòng)增益控制)電路所控制，并且將RSSI(無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度指示器)的范圍擴(kuò)展至120dB。

數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的主要功能包括信道選擇濾波、調(diào)制、解調(diào)、AGC、AFC(自動(dòng)頻率控制)、天線分集算法以及包處理等。信道選擇濾波器、調(diào)制和解調(diào)模塊是可編程的，以能覆蓋多種應(yīng)用。其中，信道選擇濾波器可編程的帶寬范圍為2.6kHz-620kHz，以支持窄帶和寬帶ISM應(yīng)用，并能支持GFSK、FSK和OOK三種調(diào)制方式。

數(shù)據(jù)率也是可編程的，其范圍是1kbps-128kbps。同樣，可編程的GFSK/FSK偏差為625Hz-320kHz。集成的高斯濾波器可減少邊帶散發(fā)以滿足眾多的調(diào)整需求。數(shù)字RSSI具有0.5dB分辨率，而帶可編程閾值的載波偵聽(tīng)功能則可以支持CCA(空閑信道評(píng)估)和LBT(先聽(tīng)后發(fā))應(yīng)用。AFC電路補(bǔ)償了由各石英晶體容差所引起的頻率誤差。這就允許使用更加廉價(jià)的具有較大頻率容差的晶振。

由于擁有穩(wěn)健的數(shù)據(jù)包采集算法，接收器只需少于8位的前同步碼就能進(jìn)行判決。OOK模式可結(jié)合高達(dá)620kHz的信道濾波器帶寬來(lái)應(yīng)付傳輸信號(hào)的大頻率誤差，以兼容低成本發(fā)送器。嵌入式天線分集功能是EZRadioPRO芯片的獨(dú)特功能，這是低成本ISM收發(fā)器設(shè)計(jì)的一個(gè)突破。如果使用兩個(gè)天線，天線分集算法將會(huì)自動(dòng)選擇信號(hào)接收能力較強(qiáng)的那個(gè)天線。