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基于无线USB技术的系统开发与应用
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标题：基于无线USB技术的系统开发与应用
1楼
wangxinxin
发表于：2010-11-22 13:47:43
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<div style="PADDING-RIGHT: 0px; MARGIN-TOP: 10px; FONT-SIZE: 9pt; OVERFLOW-X: hidden; WIDTH: 97%; WORD-BREAK: break-all; TEXT-INDENT: 0px; LINE-HEIGHT: normal; HEIGHT: 200px; WORD-WRAP: break-word" > 摘要：针对无线传输的现状，介绍Cypress公司全新推出的低成本WirelessUSB LR系统的特性和基本结构；针对系统的核心芯片CYWUSB6935的特点与内部结构，为用户提供最小系统的设计思想，并简要介绍2Way网络中无线USB的数据传输过程。 关键词：WirelessUSB LR CYWUSB6935 2-Way网络 由于USB技术在最近几年已成长为PC主流的技术标准，几乎所有的外设都可以借助USB接口轻易地与PC机相连。2004年，包括惠普、英特尔、微软、NEC、飞利浦半导体、三星电子在内的多家大公司成立了WUSB（无线USB）促进联盟，旨在将USB的使用变得更加简便——去掉电缆，实现无线USB技术。为了给用户提供一种低成本的WUSB射频系统解决方案，Cypress Semiconductor公司最近推出了低成本的芯片级远距离2.4 GHz射频系统——WirelessUSB LR（CYWUSB6935）方案。该方案可以在半径50 m甚至更大的范围内为用户提供在众多有线应用中快速实现无线连通的途径。与Zigbee和蓝牙等复杂且昂贵的无线网络方案相比，WirelessUSB LR凭借其出色的远程无线通信能力和低廉的系统成本，将无线系统的应用扩展到建筑与家庭自动化、工业控制、医疗检测、传呼系统和显示设备等领域[1]。 1 WirelessUSB LR系统突出特性 ① WirelessUSB LR作为无线系统，很好地解决了如何在壅塞与干扰的数据传输环境中保持传输的有效性。WirelessUSB LR的双向直接顺序扩展频谱（DSSS）编码技术，结合预定义的虚拟杂讯码以及机动频道切换等技术，创造出一整套动态频率调整的解决方案，其优异的处理效率足以确保无线通信数据的传输效率。在硬件部分中，LC网络的阻抗匹配能排除强度更高的（如移动电话和无绳电话等）外界信号（outofband），对天线的不断改进，使得系统对外接信号的灵敏度达到-95 dBm。此外，低噪声放大器与综合器皆在极高的频率中进行AC耦合，故能排除不同频率的干扰信号。例如,AM调幅广播和电视信号,在紧邻蓝牙的环境中，发生信号碰撞的比率低于1.5 ％的无线传输时间，一旦发生碰撞，发送器必须重新传送受影响的数据包。 ② WirelessUSB LR作为单芯片解决方案，高度整合了系统的应用引擎，包括无线电接收机和数字基带组件，既降低了成本又缩短了研发时间。外接器件只需要一套低价位的8位微控制器、振荡晶体和一些无源组件。在应用上，WirelessUSB使用CY7C63723 enCoRe或USB控制器与USB总线构建传输接口，可视为SPItoUSB桥接器，并且它不需要额外的驱动程序。对于远程控制或机顶盒外设，该项技术消除了瞄准线操作的限制。 ③ 无线系统设计里用户十分关心电池的续航能力，不希望经常更换电池，更不希望在设备使用过程中由于电池的原因而中断传输。由于大部分无线电系统待机时都能将耗电率降至接近于零的程度，因此降低耗电率与延长电池续航能力的关键就是限制传输数据长度。通信协议越复杂，传输的数据就越多。WirelessUSB LR中的通信协议能够以极高的效率处理数据包。另一种途径就是限制无线电发送的时间，像蓝牙等解决方案，就必须定期与网络同步，才能及时发现网络中的新设备。WirelessUSB LR拥有为降低耗电率而设计的自我校正机制，使得设备待机耗电大约只有0.25 μA，输出功率降至0 dBm。如此低的耗电率能够提供典型无线键盘9个月以上的电池续航力,或者为游戏操控装置提供100小时以上的续航力；对于普通传感器/传动器，电池寿命可达数年，而且硬件采用数据驱动的工作方式，在无数据传输时，自动进入“挂起”状态[2]。 </div> <div style="PADDING-RIGHT: 0px; MARGIN-TOP: 10px; FONT-SIZE: 9pt; OVERFLOW-X: hidden; WIDTH: 97%; WORD-BREAK: break-all; TEXT-INDENT: 0px; LINE-HEIGHT: normal; HEIGHT: 200px; WORD-WRAP: break-word" > 2 系统硬件CYWUSB6935芯片介绍 CYWUSB6935是Cypress公司为配合WirelessUSB LR方案推出的低成本高集成度的2.4 GHz直接顺序扩展频谱（DSSS）射频片上系统（SoC）,具有可配置的双向(接收或发送）功能。CYWUSB6935提供了完整的针对WirelessUSB LR的从串口SPI到射频发射的调制解调方案[3]。 2.1 CYWUSB6935芯片的内部结构 CYWUSB6935内部模块结构如图1所示。 <span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎmso-font-kerning:1.0pt; mso-ansi-language: en-us; mso-fareast-language: zh-cn; mso-bidi-language: ar-sa; mso-bidi-font-family: 'times new="new" roman'; mso-fareast-font-family: 宋体"><shapetype id="_x0000_t75" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" opreferrelative="t" ospt="75" coordsize="21600,21600"><font face="宋体, MS="MS" Song"> <stroke joinstyle="miter"></stroke></font><formulas><f eqn="if lineDrawn="lineDrawn" pixelLineWidth="pixelLineWidth" 0"></f><f eqn="sum @0 1="1" 0"></f><f eqn="sum 0="0" 0="0" @1"></f><f eqn="prod @2 1="1" 2"></f><f eqn="prod @3 21600="21600" pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600="21600" pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0="0" 1"></f><f eqn="prod @6 1="1" 2"></f><f eqn="prod @7 21600="21600" pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600="21600" 0"></f><f eqn="prod @7 21600="21600" pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600="21600" 0"></f></formulas><path oc="oc" gradientshapeok="t" oextrusi="oextrusi" ></path><lock aspectratio="t" vext="edit"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" style="WIDTH: 375pt; HEIGHT: 201.75pt" type="#_x0000_t75" alt=""><imagedata ohref="http://wwww.tenyear.net/d/file/article/flashchip/2007-01-20/2a35416c0d6ff24404d717e1bed7d85a.gif" src="file:///C:\DOCUME~1\hugang62\LOCALS~1\Temp\msohtml1\02\clip_image001.gif"></imagedata></shape></span> 图1CYWUSB6935内部模块结构 CYWUSB6935内部集成了串行数据接口（SPI）、串并/并串转换器（SERDES）、综合器（synthesizer）、2.4 GHz的射频收发器，采用高斯频移键控调制解调器（GFSK Modem）和直接顺序扩展频谱（DSSS）数字基带模块。用户可以通过控制信号灵活地设置射频和数字基带部分。为了进一步优化性能，CYWUSB6935将49个扩频编码调制到78个1 MHz宽度的频率域上，从而在理论上可以为用户提供3822个独立的频道，让每个主系统能够连接多组外围设备，且通信距离可达到50 m或更远。 2.2 CYWUSB6935的主要特点 ① 2.4 GHz的无线收发器工作在2.4~2.483 GHz的ISM公共频段内。如此以来，CYWUSB6935突破了众多27 MHz、400 MHz以及900 MHz系统共有的各种限制；工作于2.4 GHz公共ISM频段的WirelessUSB LR还使用户能够在世界范围内推广使用其解决方案，而无需受地区性频率要求的约束，从而具备了全球通用性、合理的功率规格以及更高的通信频宽[4]。 ② 高达0 dBm的输出电平和低于1 μA的待机电流。CYWUSB6935内部配备了耗电率自我校正机制，从而将Wireless USB射频设备的待机耗电降低到1 μA以下,且输出电平压低到0 dBm，打破了无线系统设计中耗电率的技术壁垒，大大延长了设备电池的续航能力。 ③ -95 dBm的接收灵敏度与超过50 m范围的全方位传输距离。接收灵敏度的提高和传输距离的延伸,都确保在50 m甚至更大范围内准确快速地获得全方向信号，使WirelessUSB LR技术进入更远距离的商业和工业多点对单点应用领域，从而拓展了该无线系统的应用市场。 ④ 高达62.5 Kb/s的数据吞吐量和高达2 MHz传输频率的SPI微机接口。CYWUSB6935可实现62.5 Kb/s速率的双向或单向RF传输，平均延时小于10 ms；数据传输率达2 MHz的SPI接口可以轻松地将设备数据上传至上位机系统。 ⑤ 可配置的双向直接顺序扩展频谱（DSSS）基带相关器。借助DSSS技术，CYWUSB6935可以避免来自如2.4 GHz频段中802.11b、蓝牙（Bluetooth）等其他系统的信号干涉，以及来自无绳电话和微波炉的无线辐射。 ⑥ 高集成、低成本的48QFN封装，按最少外接元件要求设计，完全可以达到用户的单片设计要求。 ⑦ 片内集成30位的制造商ID、2.7~3.3 V的工作电压和-40～85℃的工作环境，在很大程度上拓展了CYWUSB6935芯片的适用领域。 </div>
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