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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Chipsätze zum Bau von Spread-Spectrum-Geräten. Vergleichsdaten
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Referenzmaterialien Breitband-Datenübertragungssysteme oder Spread Spectrum, die von verschiedenen ausländischen Unternehmen hergestellt werden, unterscheiden sich hauptsächlich in der Methode und Geschwindigkeit der Datenübertragung, der Modulationsart, der Übertragungsreichweite, den Servicemöglichkeiten usw. Der Autor betrachtet Chipsätze für Spread Spectrum abhängig von ihrer Anwendung. Verwendete Abkürzungen ASK - Pulsamplitudenmodulation BPSK - Phasenmodulation CDMA - Vielfachzugriff im Codemultiplex DPSK - Differentielle Pulsphasenmodulation DSP - digitaler Signalprozessor DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) - Breitbandsignale, die durch das Direktsequenzverfahren erhalten werden FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – Frequenzsprungverfahren FSK (Frequency Shift Keying) - Frequenzumtastung GMSK - Gaußsche Frequenzmodulation MBOK – M-äre bi-orthogonale Modulation QPSK - Quadraturphasenmodulation RSSI (Received Signal Strength Indication) – Anzeige des Pegels des empfangenen Signals SOIC, TQFP - Gehäusetypen für Oberflächenmontage Mehr als 20 Unternehmen sind an der Entwicklung und Herstellung von Chipsätzen (Chipset) für Spread-Spectrum-Geräte beteiligt. Das Einsatzspektrum von Chipsätzen ist recht breit. Abhängig davon lassen sich Spread Spectrum Geräte sehr bedingt in drei Kategorien einteilen: • Funkmodems zum Aufbau drahtloser lokaler Netzwerke; • Bürofunktelefone (Funkröhren); • verschiedene Low-Speed-Geräte für Telemetrie, Einbruchmeldeanlage etc. CDMA-Code-Division-Systeme und GPS-Global-Positioning-Systeme sollten zu dieser Klassifizierung hinzugefügt werden, aber die Berücksichtigung ihrer Elementbasis geht über den Umfang dieser Übersicht hinaus. Bei der Beschreibung der verwendeten Sätze von Mikroschaltungen geben die Autoren nicht vor, eine vollständige Übersicht zu sein, da die Hersteller der Endgeräte aus offensichtlichen Gründen nicht für die in ihren Geräten verwendeten Komponenten werben. Die Informationen mancher Chiphersteller sind auch heute noch im Zeitalter des Internets schwer zugänglich. Chipsätze zum Bau von Funkmodems Beginnen wir die Überprüfung mit dem STEL-2000A-Chip, der von Stanford Telecom entwickelt und jetzt von Zilog unter dem Handelsnamen Z87200 lizenziert wurde. Der Chip ist ein programmierbarer Spreizspektrum-Transceiver, der direkte Sequenzen verwendet. Der Z87200 unterstützt rauschähnliche Codelängen von 2 bis 64 Chips pro Bit über einen breiten Bereich von Datenraten und Spread-Spectrum-Parametern. Die maximale Transceiver-Geschwindigkeit beträgt 2 Mbit/s. Der Z87200 ist in zwei Versionen (25 MHz und 40 MHz) erhältlich und führt die gesamte digitale Verarbeitung durch, die zum Verschlüsseln und Verteilen übertragener Daten sowie zum Empfangen und Decodieren erforderlich ist. Dieser Transceiver verwendet als Modulation differentiell codierte BPSK- und QPSK-Modulationen, zusätzlich kann der Empfängerteil mit differentiell codiertem Pi/4 QPSK arbeiten. Der Z87200 wird in einigen Aironet Wireless Communications-Modems verwendet. Darüber hinaus ist Zilog eine Partnerschaft mit Utilicom Inc. eingegangen, die HF-Sektionen herstellt, die mit dem Z87200 kompatibel sind. Die Kosten für den Z87200 in Russland betragen ungefähr 25 US-Dollar. Das FHSS-Technologie-Kit wird von Mitel angeboten. Der Beginn der Entwicklung der Ideologie des Kits und seiner ersten Muster gehören zu den Errungenschaften von GEC Plessey Semiconductors, das später von Mitel übernommen wurde. Mitel hat das Projekt eigenständig weiterentwickelt. Der neue Chipsatz besteht aus drei Geräten: • WL102B - rauschartiger Controller; • WL600C – HF-Chip; • WL800 - Frequenzsynthesizer. Diese Chips gehören zur dritten Generation der DE6000-Familie von GEC Plessey Semiconductors und werden gemeinsam als DE6038 bezeichnet. Das gesamte Set ist derzeit für weniger als 25 US-Dollar erhältlich. (für 1000 Stück). Schauen wir uns diesen Bausatz genauer an. WL102B - CMOS SPS-Mikrocontroller mit interner Architektur 8051 und externem Flash-Speicher, der den gesamten Vorgang der Umwandlung der Informationssymbole der PCMCIA-Schnittstelle in ein „springendes“ Frequenzsignal durchführt. Die maximale Informationsgeschwindigkeit beträgt 2 Mbit/s. WL600C ist ein 2,4-2,5-GHz-HF-Transceiver, der bei 2,7-3,6 V arbeitet. Er enthält einen rauscharmen Verstärker, einen Mischer mit Filterung unerwünschter Spektralkomponenten, einen ZF-Begrenzerverstärker, einen Quadratur-Demodulator, eine Verstärkerleistung mit Steuerschaltung, RSSI-Schaltung im Empfänger. Es wird eine zweistufige FSK-Modulation verwendet. WL800 ist ein Low-Power-Frequenzsynthesizer, der bei 2,7-3,6 V mit einer maximalen Frequenz von 2,5 GHz arbeitet und über einen klassischen 3-Draht-Bus programmierbar ist. Zu den Merkmalen gehört eine eingebaute Störmodulations-Unterdrückungsschaltung. Ein schnelleres Spread-Spectrum-Kit mit dem Handelsnamen PRISMTM ist von Harris Semiconductor erhältlich. Das Set besteht aus dem NPS-Prozessor HFA3860, dem Quadraturmodulator-Demodulator HFA3724, dem Zweifrequenzsynthesizer HFA3524, der Empfänger- und Sendermischereinheit HFA3624, dem rauscharmen Verstärker HFA3424 und dem Antennenschalter HFA3925 mit Endleistungsverstärker für den Sender. Interessant an dem Bausatz ist, dass Harris Semiconductor beide Teile des Projekts anbietet – sowohl den Prozessor als auch die Hochfrequenz. Übrigens produziert das Unternehmen eine Vielzahl von Mikroschaltungen des Hochfrequenzpfads, die es ermöglichen, je nach Anwendung die optimalsten Lösungen auszuwählen. Der DSSS-fähige HFA3860 BPA-Prozessor enthält alle Funktionen, die für den Voll- oder Halbduplexbetrieb mit 11 Mbit/s erforderlich sind. Der NPS-Prozessor enthält zwei ADCs /offene Abkürzung/ für analoge I- und Q-Eingänge. Die verwendete Modulationsart ist Differential BPSK und QPSK sowie MBOK. Ein Merkmal des Prozessors ist die Funktion zur Steuerung des Eingangssignalpegels (über das RSSI-Schema), mit der Sie das Vorhandensein eines Nutzsignals genauer bestimmen, Konflikte vermeiden und dadurch die Netzwerkleistung insgesamt verbessern können. Der Prozessor ist in einem 48-Pin-TQFP-Gehäuse erhältlich und kann im Temperaturbereich von -45 bis +850 °C betrieben werden. Die restlichen Mikroschaltungen des Sets sind klassisch aufgebaut und bedürfen keiner ausführlichen Beschreibung. Bausätze für den Bau von Bürofunktelefonen Zilog bietet zwei Chips für das Spread Spectrum-Funktelefon an: Z87000 – Controller, Z87010 – Audio-Encoder/Decoder. Der Z87000 ist ein Frequenzsprung-Transceiver/Controller, der speziell für 900-MHz-Schnurlostelefone entwickelt wurde. Der Z87000 enthält einen 16-Bit-Digitalsignalprozessor (DSP) und einen Controller zur Steuerung des HF-Bereichs. Dieser Transceiver verwendet FSK-Modulation und Sende-Empfangs-Zeitteilung. Der Transceiver wird in zwei Versionen hergestellt, die für den Einsatz im Temperaturbereich von -20 bis +700 °C ausgelegt sind: • Z87000 - mit Versorgungsspannung 5 V; • Z87L00 - mit einer Versorgungsspannung von 3 V. Der Z87010 ist ein 16-Bit-DSP, der entwickelt wurde, um Sprache in ein digitales Signal zu codieren und es dann an den Z87000-Prozessor zu übertragen sowie die Umwandlung des vom Z87000 kommenden digitalen Signals umzukehren. Ein fertiges Funktelefon, sowohl ein tragbares Handgerät als auch eine Basisstation, sollte aus drei Teilen bestehen: dem bereits oben beschriebenen Z87000 und Z87010 und dem 900-MHz-HF-Teil. Letzterer erschien als Ergebnis einer engen Zusammenarbeit zwischen Zilog und Analog Devices in Form eines Single-Chip-AD6190-Transceivers. Es enthält alle notwendigen Komponenten, nämlich: - rauscharmer Verstärker; - Empfängermischer; - Sendermischer; - Sendeleistungsvorverstärker; - VCO; - Frequenzteiler; - Begrenzungsverstärker mit RSSI-Schaltung; - Spannungsregler. Der Transceiver AD6190 wurde speziell für die Verbindung mit einem Zilog-Kit entwickelt, kann aber auch unabhängig als HF-Teil eines schnurlosen Telefons oder eines Spread-Spectrum-Funkgeräts betrieben werden. Ein ähnlicher Bausatz zum Bau eines schnurlosen Telefons im 900-MHz-Bereich wurde 1998 von AMD vorgeschlagen. Unter Berücksichtigung der Anforderungen der Kunden an das Endgerät hat AMD ein Kit entwickelt, das mit einem minimalen Chipsatz eine große Designflexibilität bietet. Das Kit besteht aus einem DSSS-Am79C440-Spreizspektrum-Transceiver und einem Am79RF440-HF-Transceiver. Der Am79C440-Controller ist ein Hightech-Mikroschaltkreis, der das Telefonprotokoll unterstützt und Datenformatierung, Tonverarbeitung und HF-Transceiver-Steuerung durchführt. Sein Kern ist ein 8-Bit-Mikrocontroller, kompatibel mit der Familie 8051. Darüber hinaus verfügt der Controller über eine Reihe von Servicefunktionen, die modernen Geräten vertraut sind: Anzeige für niedrigen Batteriestand, die Möglichkeit, in Modi mit niedrigem Stromverbrauch umzuschalten, und andere . Der Am79RF440 vereint alle Funktionen, die zum Empfangen und Senden von Signalen im Bereich 902–928 MHz erforderlich sind, wobei als Modulation GMSK – Gaußsche Frequenzmodulation – verwendet wird. Die Serienproduktion des Bausatzes war für August 1998 geplant. Die Kosten für Am79C440 und Am79RF440 (für 100 Stück) betragen 5,95 und 3,95 Dollar. beziehungsweise. Low-Speed-Geräte für Telemetrie, Einbruchmeldeanlagen Mikron Communications, Inc. bietet den MSEM256X105G-Chip an, der für Fernzugriffssysteme entwickelt wurde. Der Chip ist in einem 20-Pin-SOIC-Gehäuse untergebracht und ist ein vollständiger Transceiver, der auf DSSS-Technologie basiert. Interessant ist das Funktionsprinzip: Das Sendersignal wird mit einer Frequenz von 2,44175 GHz ausgesendet (es verwendet Amplituden-Puls-Modulation - ASK) und ein Signal mit der zweiten Trägerfrequenz von 596,1 kHz wird bereits durch differenzielle Puls-Phasen-Modulation moduliert ( DPSK) wird am Empfängereingang empfangen. Die Codelänge ist unverändert und beträgt 31 Chips. Bei einer Versorgungsspannung von 3 oder 5 V beträgt die durchschnittliche Stromaufnahme nur 5 mA. Die Reichweite eines solchen Transceivers ist gering – 15 Fuß, die Empfindlichkeit des Empfangsgeräts beträgt 17 dBm, die Sendeleistung wird nicht angezeigt. Die maximale Informationsrate beträgt 189,3 kbps. Das Gerät ist speziell dafür konzipiert, sich bewegende Objekte zu identifizieren, beispielsweise wenn ein Fahrzeug einen Kontrollpunkt passiert. Zusammen mit dem Chip bietet der Hersteller eine Basisstation, eine Mikroantenne sowie ein eigenes physikalisches Interaktionsprotokoll – MicroStamp EngineTM – und garantiert mindestens 4 Milliarden Benutzereinheiten eines einzigen Systems. Eine weitere Methode mit verteiltem Spektrum – Frequency Hopping – liegt der Mikroschaltung des norwegischen Unternehmens Gran Jansen AS zugrunde. Der GJRF400-Chip ist auch ein vollständiger Transceiver, der die gesamte digitale Verarbeitung von Datensymbolen, deren Umwandlung in ein rauschähnliches Signal und dann in ein HF-Signal im Bereich von 300–500 MHz durchführt. Die verwendete Modulationsart ist FSK. Die Mikroschaltung hat eine Senderausgangsleistung von 5 mW, eine Empfängerempfindlichkeit von 110 dBm, eine maximale Informationsrate von 19 bps und bei einer Versorgungsspannung von 200 V beträgt der Stromverbrauch etwa 3 mA. Es wird in einem 40-Pin-TQFP-Gehäuse hergestellt und kann in einem Temperaturbereich von -44 bis +40 °C betrieben werden. Die Kosten für den GJRF850 betragen etwa 400 US-Dollar. (für 13 Stück). Die Mikroschaltung ist in drahtlosen lokalen Netzwerken, Fernzugriffsgeräten, Alarm- und Sicherheitssystemen anwendbar. Abschluss Darüber hinaus werden Chips für die Spread-Spectrum-Technologie von den folgenden Unternehmen hergestellt: Alfa Inc., The American Microsystems Inc., Atmel, Axxon, Cylink, Diablo Research Corporation, Digital Ocean, FreeWave Technologies, Intellon, Motorola, OKI Semiconductor , Proxim, Pulse Engineering, Rockwell WCD, Lucent Technologies, Texas Instruments, Mitsubishi, Samsung, Sony und andere. Unter den Unternehmen, die Mikroschaltungen für den Hochfrequenzbereich herstellen, sind Hewlett Packard, Motorola, Philips, RF Micro Devices, TriQuint Semiconductor und andere die bekanntesten. Es sei darauf hingewiesen, dass der Trend der Hersteller solcher Mikroschaltungen in der zunehmenden Integration von Verbundkomponenten auf einem einzigen Chip liegt. Allerdings lassen sich mit der modernen Technik bisher nur einfachste Systeme mit eingeschränktem Funktionsumfang, geringer Geschwindigkeit etc. auf einem einzigen Chip vereinen. Kompliziert wird die Sache dadurch, dass die bei der digitalen Verarbeitung entstehenden Oberwellenanteile des Signals oft nicht gut mit dem Hochfrequenzanteil zurechtkommen, der auch mit den heutigen Frequenzanforderungen des Spektrums genug Probleme hat. Dennoch sollten wir in naher Zukunft nicht mit dem Erscheinen von Chipsätzen rechnen, sondern von einzelnen Mikroschaltungen, die die beschriebenen Funktionen mit der von modernen Standards geforderten Geschwindigkeit ausführen. Literatur
Autor: Malygin Iwan Wladimirowitsch; Veröffentlichung: library.espec.ws
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