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符合ZigBee协议的RF解决方案的实现详细讲解

? 2018年05月24日 11:51 ? 次阅读

美高梅官网,金沙网投领导者,金沙网投网站,金沙网投开户 www.tongshi-cn.com ZigBee/IEEE802.15.4概述

总述

ZigBee联盟[2]于2004年12月通过了ZigBee规范。它是针对低功耗、低成本无线嵌入式网络而制定公开的,全球的标准。表1中列出了一些ZigBee 解决方案 适合的应用领域。

 应用领域

能源管理及辅助功能:

* 自动调温器

* 加热, 通风, 空调 (HVAC)

* 百叶窗等窗帘的控制

灯光控制系统:

* 电源插座

* 调光器

* 开关

* 远程控制

环境及农业监控:

* 温度

* 二氧化碳

* 湿度

* 振动

工业:

* 工业设备监控l

* 常规无线嵌入式传感器网络

* 总量控制

* 资产跟踪

自动读表系统:

* 电

* 气

* 水

健康护理 / 医疗:

* 病人监护

安全报警系统:

* 家庭安全

* 烟雾探测

* 入室抢劫报警

·漏水系统

消费电子系统:

* 远程控制

* 含ZigBee功能的手机, 例如, 支持遥主要控器功能

·PC周边

ZigBee是建立在IEEE802.15.4[1]定义的可靠的物理层(PHY)和媒体访问层(MAC)之上的标准。在PHY层和MAC层之上,ZigBee定义了具有数据安全特性和互操作应用界面的网状网、星状网和集群树状网络拓扑结构。

ZigBee 规范

ZigBee规范是由ZigBee联盟共同制定的,它定义了基于IEEE802.15.4PHY和MAC层之上的网络,安全及应用层。ZigBee联盟同时也制定了互操作性和兼容性测试的规范

ZigBee网络层主要功能是发现设备并建立设备间无线链路,其网路层支持三种网络拓扑结构,星状网,网状网(对等)和集群树状网结构。图1展示了以上三种拓扑结构。

网状网具有较高的可靠性和可测量性,因为其可以提供不止一条的网络路径。像这样的网络还具有所谓的“自修复”功能。例如,如果一个路由器节点出现故障,数据将由网络中可选的其他路由器传送,前提是路由器节点的密度足够大。

符合ZigBee协议的RF解决方案的实现详细讲解

图1 ZigBee 网络类型

ZigBee网络的建立是非常简单的,因为网络的形成是自动完成的。此外,ZigBee网络还具有很好的可测量性。

IEEE802.15.4 定义了两类设备类型;精简功能设备(RFD)和全功能设备(FFD)。在ZigBee系统中,这两类设备指的是物理设备类型。

在ZigBee网络中,一个节点可以有三种角色:ZigBee协调器,ZigBee路由器,和ZigBee终端设备。这些是ZigBee的逻辑设备类型。

ZigBee协调器的主要职责是建立网络并设定他们的主要参数。(例如,选择射频通道,分配不同的网络地址)。它可以通过ZigBee路由器来延伸网络的通信范围。这些路由器也可作为由于距离太远而无法直接通讯的两个设备间的中继器。

FFD可以与RFD或其他FFD通讯,但RFD却只能与FFD通讯。RFD是为了极其简单的应用而设计的,如灯的开关或被动红外传感器;他们并不需要发射大量的数据,只是某一时间需要与一个FFD进行通讯。因此,RFD只需要使用最少的资源和存储器空间,与FFD相比拥有较低的成本。FFD可以用来实现ZigBee三种逻辑设备类型但RFD只能充当终端设备。

IEEE 802.15.4 和 ZigBee RF-Ics

采用亚微级COMS 技术,具有高集成度的接收器和发射器结构,最优的系统划分(硬件/软件)和用于低功耗的经过优化的内嵌软件,这些都是达到IEEE 802.15.4 /ZigBeeRF-ICs和系统底成本,低功耗要求的关键因素。

目前的RF-ICs 均使用具有高集成度的射频结构,如zero-IF或low-IF接收器和直接变频发射器。符合IEEE802.15.4规范的典型射频收发芯片是来自Chipcon的CC2420.这是一颗2.4GHz射频收发芯片,具有低功耗的特性,可快速应用到ZigBee产品中。这颗芯片使用0.18_m CMOS技术,使其在一块小芯片的区域内便高度集成了数字硬件特性和完整的RF收发器。接收器采用低-中频变频接收,发射器采用直接变频发射。在选择性和灵敏度方面,CC2420的性能均超过了IEEE 802.15.4标准中所要求的性能指标,并且可以确保长距离、有效、可靠的通信。

图2展示了CC2420RF-收发芯片的应用电路图??梢钥吹接捎谄浼啥群芨咚运璧耐馕г骷考?。CC2420在实际应用中必须外接外部单片机。

RF收发芯片的配置和数据的通讯均是通过SPI接口来完成的。一些对定时要求严格的MAC层功能都包含在RF-收发芯片中了,如CRC校验,加密及一些定时功能。大部分的MAC层 功能都是在软件中实现的,这些软件同ZigBee协议栈、应用软件共同运行在同一颗单片机上。

符合ZigBee协议的RF解决方案的实现详细讲解

图2 IEEE 802.15.4 RF-收发芯片的应用电路,外部单片机未标出

对于大多数的ZigBee系统来讲低功耗是最关键的问题。因此,ZigBee RF-收发芯片和微控制器的低电流损耗就显得尤其重要。然而,在睡眠模式下的超低功耗和从睡眠状态到唤醒所需的极短的时间也同样重要。如采用ZigBee技术的灯光开关(它是一个典型的ZigBee终端设备)在大多数情况下运行在无信标的模式下,仅在中断触发时发射数据,比如按键按下。为了延长电池的寿命,睡眠模式下的电流必须要求极低。

Chipcon使用自己的射频收发芯片CC2420和瑞萨的微控制器M16C62P做出的一款ZigBee参考设计,展示了其超低的功率损耗。条件是在对等网络通信情况下,用1Hz速率进行轮检,使用电池容量为1800MAh的电池,其供电时间可超过10年。

CMOS技术使得开发真正的ZigBee系统级芯片变为可能。这样一颗芯片应包括IEEE 802.15.4射频收发器,微控制器,可编程/数据存储器(flash和RAM)和必要的外围器件。因为SOC具有高集成度,小型化及最重要的高成本效率。因此预计SOC对于ZigBee/IEEE 802.15.4系统将变得越来越重要。图3展出了ZigBee SOC的简单的方框图

符合ZigBee协议的RF解决方案的实现详细讲解

图3 理论上的ZigBee SoC 框图

如何实现符合ZigBee协议的解决方案

开发符合ZigBee协议的最终产品,并使其能通过ZigBee认证获得ZigBee标识的最好方法就是在符合ZigBee 联盟所制定规范的开发平台上进行开发。

符合ZigBee规范的开发平台可以从不同的ZigBee技术提供商那里获得,所包含的内容通常如下

* PCB板参考设计

o 符合IEEE802.15.4且经过测试的RF收发芯片

o 微控制器

o 必要的外围元器件,如为了天线匹配所需的元器件,晶体的负载电容,去耦电容等

o 传感器/制动器的连接线(这会因平台不同而不同)

* 软件

o 必要的MAC层功能

o ZigBee 软件协议,包括应用框架

ZigBee联盟定义了测试和互操作方式,以使ZigBee平台供应商提供具有ZigBee适应性的开发平台。

ZigBee适应性平台可以表现为能够被设计者复制的一个参考设计,或者作为一个独立的射频???。它是一个通用型的平台并能用于不同的ZigBee应用中。随着时间的推移经过优化的ZigBee适应性平台,如终端设备将被提供。

为了缩短开发时间和降低测试成本,一个基本的要求是ZigBee 最终产品的制造商应该使用ZigBee开发平台。根据最终产品所描述的功能,使用一个合适的ZigBee应用软件界面。而产品特定的应用软件需要被编写。

根据公开的ZigBee应用软件界面,只有通过ZigBee认证的产品具有ZigBee标识。最终产品必须通过两家指定的ZigBee 测试机构(TUV Rheinland or NaTIonal Technical Systems)之一的测试。另外,最终产品必须通过ZigBee互用性测试(这将被ZigBee联盟做进一步的定义)。ZigBee联盟为已经开发了ZigBee认证产品和想要使用ZigBee标识的的非ZigBee联盟成员定义了使用该标识的商业条件。

注意是否受标准规定的认可不是ZigBee鉴定测试的一部分,这点是重要的。对于工作在2.4到2.4835GHz频带的射频设备最重要的频率规定是ETSI EN 300 440, ETSI EN 300 328, FCC CFR Part 15 and ARIB STD-T66。

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近日,作为中国领先的射频及混合信号芯片供应商,锐迪科微电子(以下简称“RDA”)宣布,其4G 射频功...

发表于 2018-04-26 10:09 ? 71次阅读
高通唯一推荐:RDA 4G射频功放芯片通过高通平...

三阶互调的计算及IP3测试原理和方法详细讲解教程

三阶交截点(IP3)是衡量通信系统线性度的一个重要指标,他反映了系统受到强信号干扰时互调失真的大小。...

发表于 2018-04-26 09:09 ? 352次阅读
三阶互调的计算及IP3测试原理和方法详细讲解教程

快速了解射频连接器解决方案 满足下一代移动网络的...

Molex推出4.3-10 射频连接器系统和线缆组件,在低无源互调 (PIM) 下具有高性能的信号传...

发表于 2018-04-26 09:07 ? 80次阅读
快速了解射频连接器解决方案 满足下一代移动网络的...

QORVO全新碳化硅基氮化镓放大器对降低电信基础...

实现互联世界的创新RF解决方案提供商Qorvo, Inc.(纳斯达克代码:QRVO)今天宣布,推出一...

发表于 2018-04-25 16:41 ? 71次阅读
QORVO全新碳化硅基氮化镓放大器对降低电信基础...

一文了解手机刷公交成NFC新机遇,能否借机逆袭二...

作为世界最大的移动互联网市场,中国的移动互联网的不少领域已经走在了世界的前列,其中移动支付更是中国移...

发表于 2018-04-25 16:37 ? 234次阅读
一文了解手机刷公交成NFC新机遇,能否借机逆袭二...

美国一公司推出列新型射频及微波功率放大器配件

业界领先的射频、微波及毫米波产品供应商美国Pasternack公司推出一系列新型射频及微波功率放大器...

发表于 2018-04-25 16:35 ? 458次阅读
美国一公司推出列新型射频及微波功率放大器配件

FineLine获得射频识别标签新专利,到底有啥...

该专利包含一个用于多种类型的RFID数据输入的系统和方法,如芯片及嵌体类型、扫描位置、编码方案。它还...

发表于 2018-04-25 16:15 ? 149次阅读
FineLine获得射频识别标签新专利,到底有啥...

RFID芯片会成为无人零售新“宠儿”?但是有一缺...

以阿里淘咖啡、缤果盒子为首的无人便利店掀起零售业的新时代,但也在落地之后遭遇各种问题的考验。但可以预...

发表于 2018-04-25 16:12 ? 138次阅读
RFID芯片会成为无人零售新“宠儿”?但是有一缺...

新型波导同轴转接头被推出:工作频率为1.7GHz...

业界领先的射频、微波及毫米波产品供应商美国Pasternack公司推出覆盖21个波导波段内1.7GH...

发表于 2018-04-25 15:57 ? 66次阅读
新型波导同轴转接头被推出:工作频率为1.7GHz...

国内射频产业现状:与海外巨头差距明显,还需加油努...

射频是无线产品中一个关键部件,进入了5G时代,其背后牵动的价值尤为重要。但和很多的其他半导体元器件产...

发表于 2018-04-25 15:55 ? 108次阅读
国内射频产业现状:与海外巨头差距明显,还需加油努...

中国梦即将实现!长光华芯志在改变中国激光“有器无...

半导体激光器以其体积小、效率高、寿命长等优点成为应用量最大最广的激光器。例如,材料加工的光纤激光器如...

发表于 2018-04-25 15:44 ? 73次阅读
中国梦即将实现!长光华芯志在改变中国激光“有器无...

QORVO和Ayla Networks联手开发基...

创新RF解决方案领先供应商Qorvo和面向制造商的全球物联网(IoT)平台Ayla Networks...

发表于 2018-04-25 15:43 ? 107次阅读
QORVO和Ayla Networks联手开发基...

厉害了!Powermat无线充电技术与全新苹果i...

有消息称全新iPhone系列将支持感应式无线充电,对此Powermat很激动地宣布,消费者将可以通过...

发表于 2018-04-25 15:43 ? 71次阅读
厉害了!Powermat无线充电技术与全新苹果i...

为什么射频前端的一体化设计决定下一代移动设备?

直到早期的LTE网络部署,射频系统的设计涉及较少数量的前端组件,也因此相对的简单与直接。当无线网络开...

发表于 2018-04-25 15:28 ? 429次阅读
为什么射频前端的一体化设计决定下一代移动设备?

EMC对策产品:高电容紧凑型汽车贯通滤波器了解一...

TDK株式会社扩大了其应用于汽车的3端子贯通滤波器产品阵容。新YFF18AC0J105M型产品采用I...

发表于 2018-04-25 15:27 ? 52次阅读
EMC对策产品:高电容紧凑型汽车贯通滤波器了解一...

一分钟了解美景微波引入新的E和W波段pin二极管...

刘易斯维尔,德克萨斯- FalVIEW微波公司,一个领先的射频和微波组件供应商,已经发布了一种新的E...

发表于 2018-04-25 15:05 ? 75次阅读
一分钟了解美景微波引入新的E和W波段pin二极管...

安谱隆半导体宣布推出600W功率放大器晶体管

安谱隆半导体(Ampleon)今天宣布,推出600W的BLF0910H9LS600 LDMOS功率放...

发表于 2018-04-25 15:04 ? 228次阅读
安谱隆半导体宣布推出600W功率放大器晶体管

超详细讲解!RFID射频技术,电子标签/无线射频...

RFID的英文全称是Radio FrequencyIdentification,射频识别,又称电子标...

发表于 2018-04-25 15:01 ? 219次阅读
超详细讲解!RFID射频技术,电子标签/无线射频...

中国再次研究出黑科技!米波雷达潜力巨大,先天具反...

隐身飞机横冲直撞的时代,可能一去不复返了!近日,中国电科首席科学家、反隐身雷达总师吴剑旗做客央视节目...

发表于 2018-04-25 14:40 ? 126次阅读
中国再次研究出黑科技!米波雷达潜力巨大,先天具反...

RX600系列几个主要的产品线详细介绍

RX64M微控制器能够以高达120 MHz的主频工作,提供4.55 Core Mark/MHz的领先...

发表于 2018-04-25 09:03 ? 811次阅读
RX600系列几个主要的产品线详细介绍

频域内电磁波仿真所使用多种域和边界条件

我们在之前的文章中探讨了频域内电磁波仿真所使用的多种域和边界条件,以及有关模拟、网格剖分和求解的选项...

发表于 2018-04-21 08:30 ? 786次阅读
频域内电磁波仿真所使用多种域和边界条件

uC/OS--II的性能特性,任务控制块OS_T...

值得一提的是链表指针,这个设计可以快速的使任务就绪和休眠。所有的务控制块分属于两条不同的链表,单向的...

发表于 2018-04-20 14:26 ? 313次阅读
uC/OS--II的性能特性,任务控制块OS_T...

如何能让一款MCU拥有自己的个性

与全能型选手相对的就是专家级选手,比如,将功耗做到最低,代表就是意法半导体的STM32 L4+。据意...

发表于 2018-04-20 08:43 ? 391次阅读
如何能让一款MCU拥有自己的个性

两款RF MEMS开关设计固有的“逆天”性能

其实,我们身边不乏这样的“黄金芯片”,ADI 发布的 RF MEMS 开关再次将黄金的优良金属性能在...

发表于 2018-04-20 08:40 ? 1064次阅读
两款RF MEMS开关设计固有的“逆天”性能

6张图告诉你为什么RF功率放大器的带宽越来越宽、...

电信行业不断需要更高的数据速率,工业系统不断需要更高的分辨率,这助推了满足这些需求的电子设备工作频率...

发表于 2018-04-18 14:49 ? 278次阅读
6张图告诉你为什么RF功率放大器的带宽越来越宽、...

四点让你认知无线电(Cognitive Radi...

我们所有人都知道无线电(Wifi 2.4 GHz,Wifi 5 GHz,GSM 2G,3G,LTE ...

发表于 2018-04-18 11:13 ? 196次阅读
四点让你认知无线电(Cognitive Radi...

瑞萨电子RX200系列32位MCU,具有增强功能...

RX210是具有高性能和支持大容量存储器的低功耗微控制器。该系列具有1.62 V~5.5 V的宽工作...

发表于 2018-04-18 08:50 ? 1237次阅读
瑞萨电子RX200系列32位MCU,具有增强功能...

RX100系列微控制器可以轻松实现高性价比和超低...

RX100 系列产品内部集成了适用于测量设备和家电应用的外设组合,用来支持从家电、工业设备到家庭控制...

发表于 2018-04-12 09:07 ? 1181次阅读
RX100系列微控制器可以轻松实现高性价比和超低...

基于微控制器STM32F105的双CAN冗余设计...

控制器局域网( Contro llerA reaN etwo rk, CAN)是一种多主方式的串行通...

发表于 2018-04-09 10:03 ? 641次阅读
基于微控制器STM32F105的双CAN冗余设计...

优化嵌入式软件的七个技巧,不同应用程序的优化需求...

如果没有合适的测量工具,优化一个系统是很困难的。举例来说,如果不使用一种精确的方法来测量系统和微控制...

发表于 2018-04-08 11:21 ? 528次阅读
优化嵌入式软件的七个技巧,不同应用程序的优化需求...

ARM微控制器基础与实战 第2版

发表于 2018-03-22 10:24 ? 835次阅读
ARM微控制器基础与实战 第2版

意法半导体(ST)高性能多协议Bluetooth? 和 802.15.4系统芯片助力下一代物联网设备开发

发表于 2018-03-19 12:53 ? 666次阅读
意法半导体(ST)高性能多协议Bluetooth? 和 802.15.4系统芯片助力下一代物联网设备开发

STM8S003F3P6嵌入式 - 微控制器

发表于 2018-03-09 18:22 ? 468次阅读
STM8S003F3P6嵌入式 - 微控制器

C8051F410嵌入式 微控制器芯片

发表于 2018-03-09 18:05 ? 769次阅读
C8051F410嵌入式 微控制器芯片

ARM微控制器基础与实战 第2版 469页 141.1M 书签清晰版

发表于 2018-03-02 23:42 ? 571次阅读
ARM微控制器基础与实战 第2版 469页 141.1M 书签清晰版

【新闻】意法半导体技术助力Neonode为任意物品、表面或空间增加触控交互功能

发表于 2018-02-06 15:44 ? 1016次阅读
【新闻】意法半导体技术助力Neonode为任意物品、表面或空间增加触控交互功能

国际新产品开发项目寻找设计人员

发表于 2016-05-25 20:00 ? 1347次阅读
国际新产品开发项目寻找设计人员

场供电的 NFC 和微控制器参考设计

发表于 2015-05-05 16:31 ? 1310次阅读
场供电的 NFC 和微控制器参考设计

使用低功耗微控制器实现的空调远程控制器

发表于 2015-05-05 15:47 ? 1402次阅读
使用低功耗微控制器实现的空调远程控制器

采用 FRAM 微控制器实现的温度调节装置

发表于 2015-05-05 11:08 ? 1488次阅读
采用 FRAM 微控制器实现的温度调节装置