第2部分：FM解决方案和简单载波开/关键控研究介绍

在本系列关于小型，低成本，一次性无线电设计的第1部分中，我们研究了AM技术，从单晶体管解决方案到集成SoC，可以提供可靠的单向通信。在第2部分中，我们将研究一些低成本FM解决方案以及相移键控（PSK），频移键控（FSK）和简单载波开/关键控（OOK）。在下一部分的第3部分中，我们将研究单片无线电收发器，它将微控制器与无线电一起嵌入，以实现更高的性能水平。

开启，关闭FM

节省电量并保持气道清晰，FM收音机芯片可用作载波，载波关闭以传输数据。与成帧的UART数据包一样，信号的缺失是无效状态，信号的存在开始一个起始位。此后，每个比特位置由有效载波的持续时间或无载波表示。这种异步技术可以很好地工作并且可以节省一些能量，因为关断时间和逻辑0位不需要发送信号。

FM传输方案的另一个好处是，与AM一样，它们的尺寸非常小且成本非常低，特别是在单晶体管实现中（图1a和1b）。离散组件可以在几乎为零功率的状态下由FET完全关闭，直到被激活为止。使能信号实际上可以是纯数字开/关键控（OOK）模式下的数据线。

图1a（左）和1b（右） ）：许多简单的单晶体管，低成本窄带FM发射机设计在公共领域使用标准的现成部件很容易获得。固定频率或可调谐版本都是小型，低功耗和非常低的成本。

另请注意，线性模式可让模拟信号控制频率。这在两个方面是有利的。首先，传感器输出可以直接驱动调制信号，如压控振荡器（VCO），无需微控制器，A/D转换器和模拟组件即可提供模拟功能。这非常适合没有微型的超小型解决方案。定时传输间隔也可以控制，在这种情况下是一个非常低频率的振荡器，可以在短时间内打开和关闭设备（图2）。

图2：驱动VCO的传感器可以在衰减或放大后直接调制载波，以利用整个动态范围。使用低功耗定时FET电源开关可延长电池寿命。

第二个好处是，当存在微控制器时，它可以用来自D/A的模拟信号驱动调制器，或者只是使用两个带有电阻分压器的位，用于提供频移键控（FSK）通信。单个PWM或相移键控也可以由微内部使用和驱动。可以使用有线OR方案来启动振荡器，或者微控制器的第三个I/O线可以启用振荡器。

这里的一个好处是发射频率可以非常稳定和窄带。这意味着许多单元可以非常接近而不会相互干扰，并且接收站仅“调入”它想要监视的信道。相反，有几个接收器;每个调谐到一个狭窄和特定的乐队可以同时运作。这允许接收站使用尖锐陷波型滤波来严重区分噪声和干扰，从而提高整体可靠性。

更多功能

虽然单晶体管和分立设计似乎是最小的解决方案，但有些芯片可以与这些小尺寸相媲美，同时提供额外的功能和功能。以Silicon Labs的纯FM SoC为例; SI4713-B30-GM或SI4710-B30-GM适用于76 MHz至108 MHz频段。采用20引脚QFN封装，占位面积仅为3 mm x 3 mm，只需两个外部元件即可实现整个无线电发射器。两者都使用数字音频输入和串行控制，因此需要一个小微处理器来提供数据（参见TechZone文章“At Your Disposal：Throwaway Micros”）。

更先进的发射器解决方案带来的其他好处。首先，数据可以立体声模式传输。这可以提供两个单独的通道，或者允许灵活地实现时钟传输方案。注意，这些工作在标准表无线电76 MHz至108 MHz模式下工作，并且功率限制为10微瓦，但对于短距离，视距设计和可互操作的设计非常有效。

为了节省时间和测试可行性，模块化解决方案可以成为工程师的最佳选择。您可以简单地获得经过全面测试，表征和认证（通常用于国际标准）的OEM模块，而不是旋转您自己的设计，然后对其进行表征和认证。

这对于ISM-特别有用频带调频发射机，因为制造商在特定国家的区域需求和版本方面是最新的。例如，考虑RF解决方案QFM-TX1-433通用FM发射器模块，采用非常方便的6引脚表面贴装形状因子（图3）。

图3：模块允许为不同的国家和地区编程相同的形状因子。这使您可以制作一个可在所有国家/地区使用的主板。

它在ISM频段的未许可部分以433 MHz运行，这将在跳频时允许更高的功率电平。这导致更远的视线范围，但仍然具有良好的墙壁和物体的穿透性。使用2.2至3.5 V的CMOS/TTL逻辑信号可传输高达4800波特的数据速率，当有效时电流通常为15 mA。

该部件较大的16.8 x 12.5 mm x 2.5 mm尺寸可以使其安装在外部天线上，形成一个密封且坚固的单元。例如，这可以用于在无人驾驶车辆上远程发送用于电机定位的增量轴编码器数据。

类似的315 MHz部分是RF解决方案FMRTFQ1-315（图4）。请注意，支持更低的7 mA发送电流和9600波特数据速率。两个RF解决方案部件都使用数字数据传输。

图4：从315 MHz到868 MHz可用，这些非常稳定的FM发射器模块没有可调节组件，可传输长达250米。

FSK数字调制

虽然FM可以像音频一样连续可变模拟，但FSK数字调制可以使用高度调谐的滤波器来确保信号完整性。通过将发射振荡器限制为非干扰频率，优化的滤波器表现良好并且区分音调。

可以在FSK以及GFSK，GMSK，MSK和OOK模式下运行的相当高速（600 Kbits/sec）数据速率部分是RF解决方案RFM67W-868S2，它可以在微控制或独立模式。

在独立模式下，下载无线电参数，并使用外部串行EEPROM进行配置。这可以允许更低的成本和更小的尺寸。将串行接口用作SPI型外设可以使其成为向现有有线解决方案添加无线连接时的理想解决方案。

新设计还可以受益于这些部件所遵循的欧洲，美国和日本标准配置和法规标准。更重要的是，高输出功率（17 dBm）可以简化放大器和天线的需求。支持的频段为315 MHz，433 MHz，868 MHz和915 MHz。

下一步：添加一个微观

正如我们所看到的，许多解决方案都需要一个微型机器来进行调用。低成本的一次性无线电需要传输数据。虽然与发射器的串行接口有助于保持较小的尺寸，但将微型发射器放在与发射器相同的芯片上可以实现更小，更可靠的解决方案。

在本系列的第3部分中，我们将介绍在同一芯片或同一封装内嵌入专用微控制器的单芯片发送器。这可以使我们的一次性无线电更加强大，并且可以增加诸如更高的允许功率水平，跳频和扩频技术，数据加密和同步操作等优点。