【应用】宽CFAR收发器助力实现Sub-GHz物联网

时间： 2017-09-02 来源：Melexis

技术问答

2004年5月，思科的一项研究表明，当时每个人有一个“事物”连接到“物联网”（IoT）。随着科技的发展，时至今日每个人的 IoT 设备已经达到了三到四个。ABI 最近所做的一项具有现实意义的预测显示，到 2020 年，IoT 设备基数将增至360亿，其中包括190亿个节点、110 亿个网关和 60 亿个移动设备。据麦肯锡全球研究院预测，截至2025年，物联网收益将达到4万至11万亿美元。毋庸置疑，物联网必将成为未来生活的重要组成部分。

在各种IoT活动中，节点之间的机对机（M2M）互动占有很大比重。数据的生成、解析、存储和操作均无需人为干预。每个节点都是一个可识别的嵌入式计算设备，这些设备将推进日常生活的自动化并有助实现高级别应用。据预测，到2020 年，白色家电和暖通空调系统的数量将超过互联网中电脑的数量。

物联网的存在很大程度上依赖于通信技术，而无线通信技术要在其中发挥关键作用则需要借助许许多多的远程感应设备。

物联网生态系统

随着应用逐步向无线领域迈进，射频频谱得到了广泛应用，带宽可用性更成为物联网的关键。每个智能物联网节点均将对信号进行感测、处理和调节（例如滤除信号中的噪声），以减小带宽占用。物联网传感器将频繁地与网关进行通信，将数据通过网关路由到集中存储器，以安全地保护、存储和处理数据。

Sub-GHz - 让通信走得更远

Sub-GHz 和 2.4GHz 频段的无线电波都可以用作物联网内数据通信的载波。2.4GHz 通常指低功耗蓝牙（BLE）或 Wi-Fi。而 Sub-GHz 则是指 ISM 频段（433.92MHz 或 868.3MHz）。2.4GHz 系统利用 Wi-Fi 和 BLE 可分别实现几 Mbps 和约 260 kbps 的数据吞吐量。Wi-Fi 可直接连接到物联网，而 BLE 则需要通过移动设备连接物联网。2.4GHz 频段由于传播损耗高，因而传播距离很短（<10m）。

Sub-GHz设备采用窄带（25 kHz）无线电信道，具有出色的稳健性和抗干扰能力，因而是长距离（<1km 户外）应用的理想选择。此外，Sub-GHz 设备采用专有协议，可轻松实现功率优化，这一点对于远程传感器至关重要。

载波频率接收至关重要

所有物联网应用都必须对发射节点的载波频偏进行跟踪。现代 RF 接收器和发射器利用石英晶体产生基准频率；这种晶体经济实用，能够提供 ±10ppm 至 ±50ppm 的频率稳定度。基于 SAW 谐振器的 RF 产品稳定性较差（±100ppm）。

模拟 RF 收发器和接收器包含采用鉴频电路或集成 FSK 解调器的相位重合解调器。这些解调器采用模拟解调原理，载波频率接收范围（CFAR）高达 ±100kHz。

对于采用频率容差为 ±50ppm 的晶振、载波频率为 868.3MHz 的 IoT 发射器，其中心频率可扩频 ±43kHz，可能超过 FSK 偏差（对于 IoT 传感器通常为 ±10kHz 至 ±50kHz）。采用模拟解调器的 RF 产品由于 CFAR 宽，因此可以处理更宽的展频。

物联网的快速发展给制造商带来了价格压力，他们需要降低每一代产品的成本。这就需要在传感器节点中使用宽容差、低成本的晶振。

现代 RF 收发器以数字方式对信号进行解调和调节，这意味着与模拟相比，它们具有更小的 CFAR。因此，如果发射器的频率精度差，接收信号对于数字 RF 接收器来说将具有挑战性。

MELEXIS 高度集成的RF收发器

具有较高数字化程度的Melexis MLX73290-M 多通道RF收发器 IC 采用Melexis成熟的低功耗无线技术，具有较宽的CFAR。这款 SPI 可编程产品适用于300MHz至960MHz 的 ISM 频段，具有两个可编程 RF 发射器通道（带有功率检测器）和一个高灵敏度 RF接收器。

MLX73290-M 适用于各种 Sub-GHz 应用，包括家庭/楼宇自动化、轮胎压力监测、自动抄表、报警系统、无源无钥匙门禁、医疗诊断和遥测。其输出功率范围为 20dBm 到 13dBm（64 步），而接收器灵敏度在 15kHz 带宽内可达到 -120dBm。该收发器的数据速率达到 250kbps，可实现较高的数据吞吐量。

由于可编程程度高，用户可通过调整通道数量、频率分辨率、输出、频偏等参数，来灵活地根据应用要求对 RF 前端进行配置。该芯片支持多种键控调制方案。

MLX73290-M 采用 5mm x 5mm 32 引脚 QFN 封装，温度范围在 -40°C 至 105°C 之间。它采用 2.1V 至 3.6V 直流电源供电，包含一个分辨率为 60Hz 的 PLL 合成器，一个 256 字节的 FIFO（可拆分为 128/128，分别用于 RX/TX），以及 4 个用于系统接口的可编程 GPIO 端口。产品结合利用太阳能电池和超级电容器实现能量收集，可实现无电池运行，增强了产品在偏远位置的价值。

MLX73290-M 还具有载波恢复功能，可承受 ±2 倍于原始数据速率（DR）的载波频偏。其 CFAR 与 AFC 设置无关，因为如果应用中允许少量丢包，AFC 只需在每个封包前导码缩短后启用收敛。需要在前导码长度与误包率（PER）之间找到平衡点。

物联网的快速发展给制造商带来了价格压力，他们需要降低每一代产品的成本。这就需要在传感器节点中使用宽容差、低成本的晶振。为实现这一点，具有宽 CFAR 的 MLX73290-M 将成为制造商的首选解决方案。

相关技术文档：

Melexis MLX73290-M 多通道射频收发器数据手册详情>>>

Melexis 简化Sub-GHz IoT 白皮书详情>>>

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全部评论（5）

大虫子 Lv7. 资深专家 2021-02-18

学习了
有容乃大 Lv9. 科学家 2019-09-22

学习了
建志小马哥 Lv7. 资深专家 2018-12-27

学习
小和 Lv8. 研究员 2017-12-19

不错
duanmaxie Lv8. 研究员 2017-09-02

嗯，不错

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