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遙控器有許多不同的尺寸和形狀，而且選擇的無線技術(shù)也不盡相同。作為產(chǎn)品配件，其廣泛用于消費類電子領(lǐng)域，如電視機(jī)、電子游戲機(jī)、音響系統(tǒng)、燈光控制以及家居自動化(包括車庫門/房門啟動器、空調(diào)設(shè)備、風(fēng)扇和汽車RKE系統(tǒng))。最常見的遙控器使用紅外(IR)技術(shù)，這主要是因為紅外元件成本相對較低，但這些基于IR的控制器有許多缺陷，包括需要在視角范圍內(nèi)、操作角度限制、傳輸距離短、與IR LED相關(guān)的反射和高電流消耗等，這些缺陷大大縮短了電池壽命。RF遙控器解決了這些問題，并且由于可帶給用戶更好的使用體驗，產(chǎn)品也日益豐富。此外，技術(shù)改進(jìn)正在使得RF-IR元件之間的價格差越來越小。
RF遙控器有其共有的特性，如圖1結(jié)構(gòu)簡圖所示。RF遙控器的基本組件包括：為用戶提供輸入命令的按鍵；把用戶命令轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息的MCU；用于調(diào)制和發(fā)射消息的RF發(fā)射器；天線；為遙控器提供動力的電池。制造商在設(shè)計RF遙控器時所面臨的共同挑戰(zhàn)，是如何提供穩(wěn)定的最大傳輸距離、確保更長的電池壽命和維持較低的系統(tǒng)成本。
圖1：RF遙控器結(jié)構(gòu)簡圖
最大化傳輸距離涉及使用盡可能大的功率(在滿足政府法規(guī)限制下)，同時提供一個高靈敏度的接收器，因為總發(fā)射距離是發(fā)射器輸出功率和接收器靈敏度共同作用的結(jié)果。從遙控器端來說，設(shè)計目標(biāo)是構(gòu)建符合政府法規(guī)限制的最大輸出功率，這也意味著所有遙控器應(yīng)具有相同的輸出性能，因為它們都要符合相同法規(guī)限制。在理想世界中這是可能的，但在真實世界中，由于元件和制造公差，要每個在生產(chǎn)線上制造的遙控器都有最佳的發(fā)射輸出功率幾乎是不可能的。此外，來自用戶手持遙控器帶來的干擾，甚至觸摸按鍵(又稱“手效應(yīng)”)都會改變天線的阻抗，進(jìn)而改變發(fā)射輸出功率。真實世界的影響能夠降低遙控器的有效輻射功率(ERP)，很容易導(dǎo)致輸出功率低于政府法規(guī)限制6dB，根據(jù)Friis自由空間路徑損耗公式發(fā)射距離也將相應(yīng)的縮短2倍。
Si4010發(fā)射器是Silicon Labs EZRadio無線產(chǎn)品線的最新成員，也是業(yè)界第一款單芯片遙控器IC，只需要一個外部旁路電容、一塊PCB、電池和一塊帶按鍵的外殼，即可構(gòu)成一個完整的遙控器。Si4010包括一個專利天線調(diào)諧電路，能夠為每一個按鍵動作自動微調(diào)天線至最佳發(fā)射功率。傳統(tǒng)的遙控器設(shè)計中，RF發(fā)射器差異、組件和天線制造公差以及周圍環(huán)境導(dǎo)致天線效率較低、輸出能量浪費嚴(yán)重。圖2是Si4010功率放大器和天線調(diào)諧電路的結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2：Si4010天線調(diào)諧框圖
通過調(diào)整片上與天線自感產(chǎn)生共振的可變電容器，Si4010可以最大化發(fā)射天線效率。這些自動的電容器調(diào)整通過補(bǔ)償天線匹配電路的失諧使遙控器的發(fā)射功率最大化，并通過允許放寬PCB天線制造公差來降低設(shè)計成本。
功率放大器(PA)包含一個反饋回路，通過監(jiān)視PA輸出電壓、調(diào)整PA電流驅(qū)動(以補(bǔ)償天線阻抗的變化)，從而維持穩(wěn)定的輸出功率。盡管有溫度變化和“手效應(yīng)”的影響，反饋回路有效維持穩(wěn)定輸出功率，正如上文所述，當(dāng)一個人手持遙控器時將改變天線阻抗。天線調(diào)諧的最終結(jié)果，是為每個按鍵操作提供穩(wěn)定可靠和最佳的性能，同時降低符合RF匹配要求的設(shè)計成本和復(fù)雜性。使用Si4010自動天線調(diào)諧特性的遙控器能夠可靠和穩(wěn)定運(yùn)行，在滿足政府發(fā)射限制下提供最大發(fā)射距離。
電池壽命是任何便攜式電子設(shè)備，特別是遙控器的重要考慮因素。當(dāng)我們考慮典型的遙控器使用方式時發(fā)現(xiàn)，超過99%的時間里，遙控器處于等待用戶按鍵操作的狀態(tài)。在此期間，Si4010功耗小于10nA(室溫下)，這使其成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。此外，具有觸摸喚醒功能的GPIO特性進(jìn)一步減少了遙控器的電流消耗，延長了電池壽命。
圖3 是典型遙控器應(yīng)用中Si4010的功耗實例。使用CR2032電池，最大發(fā)射功率+10dBm。
圖3：Si4010電池壽命計算實例
在傳輸期間，輸出功率為+10dBm時，Si4010在OOK調(diào)制模式下耗電14.2mA或在FSK調(diào)制模式下耗電19.8mA。如果我們假設(shè)如下情形：1kBaud數(shù)據(jù)傳輸率、曼徹斯特編碼、每數(shù)據(jù)包100bit、每次按鍵重復(fù)發(fā)送3次，則我們得到如下結(jié)論：在每天50次按鍵、連續(xù)5年操作條件下，OOK調(diào)制模式下僅消耗220mAH CR2032電池電量的52%；FSK調(diào)制模式下消耗電池電量的71%。
雖然這個例子沒有包括電池的漏電情況，但它確實說明了Si4010發(fā)射功耗低的特性和低待機(jī)電流的重要性。Si4010發(fā)射器的超低待機(jī)電流比許多現(xiàn)存解決方案低一個數(shù)量級，對于延長遙控器電池壽命來說這一區(qū)別點非常重要。
所有遙控器設(shè)計的最重要考慮因素之一，是最大限度地減小系統(tǒng)設(shè)計成本，這受到除元件成本外許多因素的影響，包括勞動力成本、庫存、測試和制造產(chǎn)量。到目前為止，市場上占主導(dǎo)地位的低成本RF遙控器解決方案是使用MCU和基于表面聲波(SAW)的RF發(fā)射器，如圖4所示。
圖4：基于SAW遙控發(fā)射器的簡化原理圖
作者：Silicon Labs Lawrence Der 來源：電子工程專輯
