【应用】基于Si4463无线传输芯片的智能家居报警系统915M Sub-1G无线传输应用设计方案，超低功耗实现长使用寿命
随着智能家居的发展和信息安全性的提高，低功耗无线供电设备的需求越来越多，且对信息安全，传输距离等性能都有所要求。SILICON LABS的Si4463是一款高性能，低功耗的无线传输芯片，无疑在智能家居的应用中是个很好的选择。本文主要讲述了Si4463在家居报警上的应用，该无线通信协议是采用915MHz的Sub-1GHz私有协议。应用系统设计框图如下，报警入侵检测设备检测到报警信号后，将报警信息和抓取的音视频信息传输到网关，网关再通过LTE或者wi-fi网络传输到报警中心处理。报警入侵探测设备采用CR123A电池供电。
（1）基于915MHz的原理图设计
图1：流程框图
图2：电路原理图
原理图设计时特别注意以下几点：
· 晶振的选型
为了满足设计需求和稳定，在该应用中，915MHz的晶振30MHz选择参数如下：
可调精度@ + 25 °C: ±10 ppm
频率稳定性 -20 to +70 °C: ±10 ppm
负载电容: 8 - 10 pF
等效阻抗: < 60 Ω
· 电源供电设计
在网关中设计时，选用3.3V的LDO给Si4463供电，注意该LDO的电流需要支持到150毫安以上，由于协议采用跳频方式，所以LDO需选用瞬态响应好的。
在报警入侵检测设备端设计时，考虑到设备使用CR123电池供电，电池供电电压是变化的，但是Si4463芯片有个特性，输出功率随供电电压的变化而变化。因此要满足20dBm的输出功率，需要将供电电压调到3.3V，且要满足MCU和Si4463两端的通信电平一致，所以将CR123A电池电压用一个Boost芯片升压到3.3V给MCU和Si4463供电。
图3：输出功率随供电电压的变化图
· 滤波设计
在网关原理图设计时，如果网关上有LTE通信，为了防止LTE模块对Si4463 915M频段造成干扰，在Si4463接收链路上需要加上SAW Filter.如下所示：
图4：Si4463接收链路电路设计
（2）Si4463基于915MHz的PCB Layout设计
· 报警入侵设备端PCB Layout设计（不含SAW）
a.电源滤波电容靠近电源管脚放置，滤波电容的地和si4463芯片的地回路尽可能小。
b.天线输出端保证50ohm的阻抗匹配
c.TX和RX边用较大的区域地隔离，增加隔离度。
d.器件和trace下面一层保证有一个完整的地平面。
e.接收端RX的匹配网络尽可能远离RF switch，连接trace需要满足50Ohm阻抗。
f.为了避免RF switch后产生一些谐波信号，因此在RF switch的输出端需要加上Pi 型低通滤波电路，有利于过FCC认证。
图5：Si4463基于915MHz的PCB Layout设计
· 网关端PCB Layout设计（含SAW）
除了遵循报警入侵设备端PCB Layout设计之外，还要特别注意SAW Filter
的layout设计，SAW Filter的输入输出和地组成的回路要尽可能小；SAW Filter
的下一层保证一个完整的地。
图6 网关端PCB Layout设计（含SAW）
（3）基于915MHz的安防报警产品调试
· 晶振频率校正
在该应用中，频偏要求要满足+/- 5ppm,因此需要对晶振频率进行一个校正。Si4463的负载电容主要通过GLOBAL_XO_TUNE API来设置，频偏和设置寄存器有如下关系，整个内部负载电容是11pF,在127步内可调整。根据所选晶振写入一个默认值，保证频偏尽可能小，最终产品量产时可在默认值的上下进行微调校正，最终满足+/-5ppm的要求。
图7：频偏
· 发送功率设置
Si4463可根据PA_PWR_LVL来设置发送功率等级，具体发送功率等级可根据应用要求来设置。例如要满足20dBm的传导发送功率要求，则PA_PWR_LVL需设置为0x7F, 16dBm的传导发送功率要求，则PA_PWR_LVL需设置为0x4F.
图8 发送功率等级
· 接收信号强度RSSI
RSSI的配置可通过MODEM_RSSI_CONTROL API来设置，通过GET_MODEM_STATUS 命令来获取RSSI_value. 通过下面的公式可转换为dBm:
RSSI (in dBm) = (RSSI_value /2) – RSSIcal
RSSIcal依赖于匹配网络，模式设置和外部的LNA增益；RSSIcal值可以通过在天线输入端连接一个信号发生器进行简单校正得到，没有外部LNA的情况下，RSSIcal值在130+/-30左右。
（4）基于915MHz的安防报警产品的测试
在功率设置好和频偏校正好之后，对产品的RF性能进行天线效率，传导发送功率，辐射发送功率和接收灵敏度（包括传导和辐射）发送和接收电流，拉距等性能进行测试。辐射等相关性能取决于天线的设计，传导测试结果显示如下：
电池寿命：
该通信系统采用了915MHz的Sub-1GHz无线通信协议，为了保证高速率时的传输距离和电池寿命，在探测设备和网关互相监听时38.672kbps，功率等级配置寄存器设为0x4F，当有视频数据传输,速率为300kbps时，功率等级配置寄存器设为0X7F，传输距离可达600米以上。整机standby电流包括MCU+Si4463无线通信， standby电流为 59.68uA. 2节CR123A电池并联可用4.9年。
Si4463跳频模式和传输速率快，接收灵敏度高，20dBm的发送功率优势能很好的支持图片和视频流传输。目前该产品也卖于欧美家居报警系统市场。
Si4463满足该智能家居安防报警中的无线传输应用的特性如下：
· 频率范围： 119～1050MHz
· 接收灵敏度高达-126dBm
· 最大输出功率可达20dBm
· 调制方式有(G)FSK,4(G)FSK,(G)MSK,OOK
· 电压供电范围1.8～3.6V
· 超低功耗power down mode: 30nA shutdown,50nA standby.
· 数据传输率支持 100bps 到 1Mbps
· 快速唤醒和跳频
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现货市场
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服务
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最小起订量： 2500 提交需求>
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最小起订量： 1pcs 提交需求>
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