如何摆脱让人头痛的ZigBee RF收发器的选型问题(图)

对于无线设计工程师，从市场上众多的产品当中选择合适的ZigBee射频收发器仅仅是他们所面临的诸多挑战之一。为更好地理解ZigBee收发器选型的复杂性，很有必要掌握ZigBee标准的基本概念。 PCB设计网

ZigBee无线通信标准是在IEEE 802.15.4标准的基础上，由ZigBee联盟(http://www.zigbee.org)为传感和控制应用而开发的，ZigBee标准强调网络和安全，以及在IEEE 802.15.4低速率无线个人域网(WPAN)标准上面的应用层。

系统设计问题

要选出合适的ZigBee射频收发器，设计工程师需要了解不同厂商产品的特点，他们尤其要了解这些功能是如何影响注重成本效益、低功耗的ZigBee解决方案。

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此外，了解这些收发器所用的开发工具也很关键，因为这会影响到上市时间。在选择ZigBee收发器时，应该对整体的系统设计和增强系统的收发器核心功能一并考虑，参见图1。 电子技术论文网

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图1  MRF24J40等收发器具有内置安全模块等功能，可简化ZigBee系统的设计 电子电路图

不但收发器的成本、电流、最大输出功率是需要了解的重要参数，更多地了解收发器所支持的功能，对系统实际成本的影响也就越大。例如，IEEE 802.15.4规定的MAC包的最大长度是127B，包括一个16b的CRC值，这个CRC校验码可帮助验证帧的完整性。大多数收发器都具有内置的CRC模块，可计算出数值，根据成功的CRC验证结果对输入的数据包进行过滤，自动对输出的数据包添加正确的CRC值。

此外，IEEE 802.15.4还可选用一种确认收到的数据传输机制。采用这种方法，接收器在收到带特殊ACK标识集的帧之后，会发出确认收到的信号。发送完带ACK标识集的数据帧之后，如果发送器在一定的时间期限内没有收到接收器所返回的确认信号，发送器在报告出错之前，还会尝试重发几次。 RFID技术网

有些收发器提供了自动发送ACK包的功能，这样系统控制器可以在短时间内对数据包进行确认，从而减少系统控制器用在读、处理和响应输入数据包上所用的开销。甚至还有些收发器能够自动处理ACK包，这样就可以进一步减少控制器的开销。

发生错误时可自动重发这个功能有助于限制主控制器与收发器之间的互操作，使主控制器从检查并等待确认的工作中解放出来。了解不同收发器之间的关键差异可以为主控制器省下数千字节的程序存储器，处理每个数据包所需的时间也可以减少几毫秒。 PCB设计网

网络中的对等节点或路由器在扩展网络，使之覆盖所有终端设备的过程中发挥着关键作用。要覆盖一个指定区域，节点的输出功率会影响所需路由器的数量。更高的输出功率可以让路由器之间的距离更远一些，从而减少所用路由器的数量。

然而，更高的输出功率也有负面影响。由于网络中的设备要共享同一个通道，在一个设备的射频覆盖范围内的每个节点都会降低该设备的发送能力。

如果路由器不需要高发射功率，就应该将输出功率降低到最低水平。这意味收发器的输出增益可以根据需要进行选择，调整其输出功率以便优化网络的大小，同时还不能干扰整个网络。

接收器灵敏度 电子技术书籍网

为减少网络中节点的数量，接收器灵敏度是另一个需要考虑的关键参数。接收器的灵敏度越高，它离数据包源的距离就可以越远，而且还可以接收到数据包。

正如输出功率的情形，提高接收器灵敏度会使一个节点可以接收到更多节点发出的信号，意味着这个节点会更频繁地判定通道处于忙的状态，从而也会导致成本的上升。

可调节的空闲通道评估门限的功能与降低输出功率的措施一起使用，可以让节点在发送本地数据包的时候不会与网络中的其他部分发生碰撞。 电子技术书籍网

ZigBee标准采用与IEEE 802.15.3标准非常相似的加密套。大多数IEEE 802.15.4收发器都支持IEEE 802.15.4加密模式。当数据包按照IEEE 802.15.4标准加密时，这个功能是极为有用的。 电子技术论文网

除了使用特殊的加密模块，有些收发器还支持其他模式，此时安全模块可以在独立的模式中根据ZigBee标准的安全层要求而重用。这种额外的硬件功能可以减少最多10KB的代码和几毫秒的处理时间，使处理器不必对固件中的数据包进行加密和解密。利用这个简单的功能，系统可以使用存储容量更小的处理器，可以更快地应用在低功耗节点中，从而节约成本和功耗。 RFID技术网

IEEE 802.15.4使用了载波侦听多点接入/避免冲撞(CSMA-CA)机制来使用无线电波段。通过在发送前侦听波段，可以避免发生碰撞。 RFID技术网

CSMA-CA算法采用了随机指数补偿，当有可能发生碰撞时，让节点在随机的时间发送信号，减少发生冲突的可能性。这种随机指数补偿要非常精确，才能有效工作。 电子电路图

如果没有硬件支持，从代码尺寸和系统使用率的角度来看，这个任务对于主处理器可是不小的负担。如果一个系统中所用的收发器不支持CSMA-CA算法，整个系统的工作电流将会因主控制器忙于服务和监测RF收发器而增加，而不是完成那些更加紧急的任务。

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易用的堆栈配置工具是极为重要的，这样可以只提供应用所需的功能，从而减小代码尺寸和软件堆栈的运行时间。此外，获取软件堆栈的源代码可以很好地帮助理解堆栈是如何工作的，以及会影响到哪些软件。在系统调试阶段，全功能的协议分析仪可以将数据包解码到堆栈的最上面一层，因此也是很重要的工具。 电子技术论文网

关键标准

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工程师希望使用只需很少外部器件的高度集成的RF收发器来开发完整的ZigBee协议平台。为优化成本，设计工程师应该选择可以和市场上大多数8位和16位微控制器协同工作的收发器。 电子技术论文网

在选择收发器时，应该把系统的整体设计和增强系统的收发器关键功能一起来考虑。最后，采用合适的工具来开发和调试系统可以大大缩短产品的上市时间。 嵌入式开发网

原文地址:http://www.epc.com.cn/magzine/20070301/8578.asp
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