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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Chipset per la realizzazione di dispositivi Spread Spectrum. Dati di riferimento
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / materiali di riferimento I sistemi di trasmissione dati a banda larga, o Spread Spectrum, prodotti da varie società straniere differiscono tra loro principalmente nel metodo e nella velocità di trasmissione dei dati, nel tipo di modulazione, nel raggio di trasmissione, nelle capacità del servizio e così via. L'autore esamina i chipset per Spread Spectrum a seconda della loro applicazione. Abbreviazioni utilizzate ASK - modulazione dell'ampiezza dell'impulso BPSK - modulazione di fase CDMA - Accesso multiplo a divisione di codice DPSK - modulazione differenziale di fase dell'impulso DSP - processore di segnale digitale DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) - segnali a banda larga ottenuti con il metodo della sequenza diretta FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) - il metodo dei salti di frequenza (nella letteratura specializzata nazionale a volte viene chiamato FRFC - sintonizzazione pseudo-casuale della frequenza operativa) FSK (Frequency Shift Keying) - manipolazione con spostamento di frequenza GMSK - Modulazione di frequenza gaussiana MBOK - Modulazione biortogonale M-aria QPSK - modulazione di fase in quadratura RSSI (indicazione della potenza del segnale ricevuto) - indicazione della potenza del segnale ricevuto SOIC,TQFP - tipi di pacchetti a montaggio superficiale Oltre 20 aziende stanno sviluppando e producendo chipset per dispositivi Spread Spectrum. La gamma di applicazioni per i chipset è piuttosto ampia. In base a ciò, molto approssimativamente, i dispositivi Spread Spectrum possono essere suddivisi in tre categorie: • modem radio per la realizzazione di reti locali wireless; • radiotelefoni da ufficio (tubi radio); • vari dispositivi a bassa velocità per telemetria, allarmi di sicurezza, ecc. I sistemi di divisione del codice CDMA e i sistemi di posizionamento globale GPS dovrebbero essere aggiunti a questa classificazione, ma la considerazione della loro base elementare va oltre lo scopo di questa revisione. Nel descrivere i set di microcircuiti utilizzati, gli autori non pretendono di essere una recensione completa, poiché i produttori di apparecchiature finali, per ovvi motivi, non pubblicizzano i componenti utilizzati nei loro dispositivi. È difficile accedere alle informazioni di alcuni produttori di chip anche adesso, nell’era di Internet. Kit di chip per la realizzazione di modem radio Cominciamo la recensione con il chip STEL-2000A, sviluppato da Stanford Telecom e ora prodotto su licenza da Zilog con il nome commerciale Z87200. Il chip è un ricetrasmettitore a spettro esteso programmabile che utilizza sequenze dirette. Lo Z87200 supporta lunghezze di codice simili al rumore da 2 a 64 chip per bit in un'ampia gamma di velocità dati e parametri di spettro esteso. La velocità massima del ricetrasmettitore è 2 Mbit/s. Lo Z87200 è disponibile in due versioni (velocità di clock di 25 e 40 MHz) ed esegue tutta l'elaborazione digitale richiesta per codificare e distribuire i dati di trasmissione e ricezione, seguita dalla decodifica. Per la modulazione, questo ricetrasmettitore utilizza modulazioni BPSK e QPSK codificate in modo differenziale, inoltre, la sezione ricevitore può funzionare con QPSK pi/4 codificato in modo differenziale. Lo Z87200 è utilizzato in alcuni modem di Aironet Wireless Communications. Inoltre, Zilog sta collaborando con Utilicom Inc., che produce sezioni RF compatibili con Z87200. Il costo dello Z87200 in Russia è di circa 25 dollari. Un kit per lavorare con la tecnologia FHSS è offerto da Mitel. L'inizio dello sviluppo dell'ideologia del kit e i suoi primi campioni riguardano i risultati di GEC Plessey Semiconductors, successivamente acquisita da Mitel. Mitel ha sviluppato autonomamente l'ulteriore sviluppo del progetto. Il nuovo chipset è composto da tre dispositivi: • WL102B - controller silenzioso; • WL600C - microcircuito a radiofrequenza; • WL800 - sintetizzatore di frequenza. Questi chip appartengono alla terza generazione della famiglia DE6000 di GEC Plessey Semiconductors e vengono genericamente chiamati DE6038. L'intero set è attualmente disponibile per meno di $ 25. (per 1000 pezzi). Diamo un'occhiata a questo kit in modo più dettagliato. WL102B-CMOS Microcontrollore ShPS con architettura interna 8051 e memoria flash esterna, che esegue l'intera procedura di conversione dei simboli di informazione dell'interfaccia PCMCIA in un segnale di salto di frequenza. La velocità massima delle informazioni è di 2 Mbit/s. WL600C è un ricetrasmettitore a radiofrequenza da 2,4-2,5 GHz che funziona con una tensione di 2,7-3,6 V. Include un amplificatore a basso rumore, un mixer con filtraggio di componenti spettrali indesiderati, un amplificatore limitatore di frequenza intermedia, un demodulatore in quadratura, un amplificatore di potenza con circuito di controllo, circuito RSSI nel ricevitore. Viene utilizzata la modulazione FSK a due livelli. WL800 è un sintetizzatore di frequenza a bassa potenza operante ad una tensione di 2,7-3,6 V con una frequenza massima di 2,5 GHz e programmabile tramite un classico bus a 3 fili. Le caratteristiche includono un circuito di soppressione della modulazione parassita integrato. Un kit Spread Spectrum più veloce con il nome commerciale PRISMTM è offerto da Harris Semiconductor. Il kit è composto da un processore a banda larga HFA3860, un modulatore-demodulatore in quadratura HFA3724, un sintetizzatore a doppia frequenza HFA3524, un'unità mixer ricevitore e trasmettitore HFA3624, un amplificatore a basso rumore HFA3424 e un commutatore d'antenna con un amplificatore di potenza finale per l'HFA3925 trasmettitore. Il kit è interessante perché Harris Semiconductor offre entrambe le parti del progetto: sia il processore che la radiofrequenza. A proposito, l'azienda produce una varietà di microcircuiti a radiofrequenza, che consente di scegliere le soluzioni ottimali in base alla loro applicazione. Il processore a banda larga HFA3860 abilitato DSSS contiene tutte le funzionalità necessarie per il funzionamento full e half-duplex a 11 Mbps. Il processore NPS include due ADC /espandi l'abbreviazione/ per gli ingressi analogici I e Q. Il tipo di modulazione utilizzata è BPSK differenziale e QPSK, oltre a MBOK. Una caratteristica speciale del processore è la funzione di monitoraggio del livello del segnale in ingresso (tramite il circuito RSSI), che consente di determinare con maggiore precisione la presenza di un segnale utile, evitare conflitti e quindi migliorare le prestazioni della rete nel suo complesso. Il processore è disponibile in un pacchetto TQFP a 48 pin ed è in grado di funzionare in un intervallo di temperature compreso tra -45 e +850 C. I restanti microcircuiti del kit sono costruiti in modo classico e non necessitano di una descrizione dettagliata. Kit per la realizzazione di radiotelefoni da ufficio Zilog offre due microcircuiti per il radiotelefono Spread Spectrum: Z87000 - controller, Z87010 - codificatore/decodificatore audio. Lo Z87000 è un ricetrasmettitore/controller a salto di frequenza progettato specificamente per telefoni cordless da 900 MHz. Lo Z87000 contiene un processore di segnale digitale (DSP) a 16 bit e un controller per controllare la sezione RF. Questo ricetrasmettitore utilizza la modulazione FSK e le modalità di ricezione-trasmissione a divisione di tempo. Il ricetrasmettitore è disponibile in due versioni, progettate per l'uso nell'intervallo di temperature da -20 a +700C: • Z87000 - con tensione di alimentazione di 5 V; • Z87L00 - con tensione di alimentazione di 3 V. Lo Z87010 è un processore DSP a 16 bit progettato per codificare la voce in un segnale digitale e quindi trasferirlo al processore Z87000, nonché convertire in senso inverso il segnale digitale proveniente dallo Z87000. Il radiotelefono finito, sia un ricevitore indossabile che una stazione base, dovrebbe essere composto da tre parti: Z87000 e Z87010 già descritti sopra e una sezione di radiofrequenza da 900 MHz. Quest'ultimo è apparso come risultato di una stretta collaborazione tra Zilog e Analog Devices sotto forma di un ricetrasmettitore a chip singolo AD6190. Contiene tutti i componenti necessari, vale a dire: - amplificatore a basso rumore; - miscelatore del ricevitore; - miscelatore del trasmettitore; - preamplificatore di potenza del trasmettitore; -VCO; - divisore di frequenza; - amplificatore-limitatore con circuito RSSI; - Regolatore di tensione. Il ricetrasmettitore AD6190 è specificatamente progettato per interfacciarsi con il kit Zilog, ma può anche funzionare indipendentemente come sezione RF di un telefono cordless o di un radio modem Spread Spectrum. Un kit simile per costruire un telefono cordless da 900 MHz è stato proposto nel 1998 da AMD. Tenendo conto delle esigenze dei clienti delle apparecchiature finali, AMD ha sviluppato un kit che, con un set minimo di chip, offre una grande flessibilità di progettazione. Il kit è composto da un ricetrasmettitore a spettro esteso DSSS Am79C440 e un ricetrasmettitore RF Am79RF440. Il controller Am79C440 è un microcircuito high-tech che supporta il protocollo telefonico ed esegue la formattazione dei dati, l'elaborazione del suono e il controllo del ricetrasmettitore a radiofrequenza. Il suo nucleo è un microcontrollore a 8 bit compatibile con la famiglia 8051. Inoltre, il controller dispone di una serie di funzioni di servizio che sono diventate abbastanza familiari per le apparecchiature moderne: indicazione di batteria scarica, possibilità di passare a modalità di risparmio energetico e altre. Am79RF440 combina tutte le funzioni necessarie per ricevere e trasmettere segnali nella gamma 902-928 MHz, utilizzando GMSK - modulazione di frequenza gaussiana - come modulazione. La produzione in serie del kit era prevista per l'agosto 1998. Il costo di Am79C440 e Am79RF440 (per 100mila pezzi) è di 5,95 e 3,95 dollari. rispettivamente. Dispositivi a bassa velocità per telemetria, allarmi di sicurezza Micron Comunicazioni, Inc. offre il chip MSEM256X105G progettato per sistemi di accesso remoto. Il chip è alloggiato in un pacchetto SOIC a 20 pin ed è un ricetrasmettitore completo basato sulla tecnologia DSSS. Interessante il principio del suo funzionamento: il segnale del trasmettitore viene emesso ad una frequenza di 2,44175 GHz (viene utilizzata la modulazione di ampiezza dell'impulso - ASK) e l'ingresso del ricevitore riceve un segnale ad una seconda frequenza portante di 596,1 kHz, modulata dalla fase differenziale dell'impulso modulazione (DPSK). La lunghezza del codice è invariata ed è di 31 chip. Con una tensione di alimentazione di 3 o 5 V il consumo medio di corrente è di soli 5 mA. La portata di tale ricetrasmettitore è ridotta: 15 piedi, la sensibilità del dispositivo ricevente è di 17 dBm e la potenza del trasmettitore non è specificata. La velocità massima delle informazioni è di 189,3 kbit/s. Il dispositivo è progettato specificamente per identificare oggetti in movimento, ad esempio, quando un veicolo attraversa un posto di blocco. Insieme al microcircuito, il produttore offre una stazione base, una microantenna e il proprio protocollo di interazione fisica - MicroStamp EngineTM, e garantisce almeno 4 miliardi di unità utente di un sistema separato. Un altro metodo di spettro distribuito - Frequency Hopping - è la base di un microcircuito dell'azienda norvegese Gran Jansen AS. Il chip GJRF400 è anche un ricetrasmettitore completo che esegue tutta l'elaborazione digitale dei simboli di dati, convertendoli in un segnale simile al rumore e quindi in un segnale RF nell'intervallo 300-500 MHz. Il tipo di modulazione utilizzata è FSK. Il microcircuito ha una potenza di uscita del trasmettitore di 5 mW, una sensibilità del ricevitore di 110 dBm, una velocità massima di informazione di 19 bps e con una tensione di alimentazione di 200 V, il consumo di corrente è di circa 3 mA. È prodotto in un pacchetto TQFP a 40 pin e può funzionare nell'intervallo di temperature da -44 a + 40C. Il GJRF850 costa circa $ 400. (per 13 pezzi). Il microcircuito è applicabile nelle reti locali wireless, nei dispositivi di accesso remoto, nei sistemi di allarme e nella sicurezza delle strutture. conclusione Oltre a quelli sopra descritti, i chip per la tecnologia Spread Spectrum sono prodotti dalle seguenti aziende: Alfa Inc., The American Microsystems Inc., Atmel, Axxon, Cylink, Diablo Research Corporation, Digital Ocean, FreeWave Technologies, Intellon, Motorola, OKI Semiconduttori, Proxim, Pulse Engineering, Rockwell WCD, Lucent Technologies, Texas Instruments, Mitsubishi, Samsung, Sony e altri. Tra le aziende che producono microcircuiti per la parte a radiofrequenza, le più famose sono Hewlett Packard, Motorola, Philips, RF Micro Devices, TriQuint Semiconductor e altre. Va notato che la tendenza tra i produttori di tali microcircuiti è quella di integrare sempre più componenti su un unico chip. Tuttavia, la tecnologia moderna consente ancora di combinare su un chip solo i sistemi più semplici con un insieme limitato di funzioni, bassa velocità, ecc. La questione è complicata dal fatto che le componenti armoniche del segnale che si presentano durante l’elaborazione digitale spesso non vanno d’accordo con la parte in radiofrequenza, che ha anche la sua parte di problemi visti gli odierni requisiti di frequenza dello spettro. Tuttavia, nel prossimo futuro dovremmo aspettarci la comparsa non di set di chip, ma di singoli microcircuiti che eseguono le funzioni descritte alle velocità richieste dagli standard moderni. Letteratura
Autore: Malygin Ivan Vladimirovich; Pubblicazione: library.espec.ws
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