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RF遙控器的簡易設計與應用

圖3：使用Si4010計算電池壽命示例。雖然此示例不包括電池的自泄漏，但它確實說明了Si4010變送器的低功耗特性以及低待機電流的重要性。 Si4010變送器的超低待機電流比許多現有解決方案低一個數量級，是延長遙控器電池壽命的重要差異因素。

任何遙控設計中最重要的考慮因素之一是最小化系統設計成本受組件成本以外的諸多因素影響，包括人工，庫存，測試和制造產量。到目前為止，目前市場上占主導地位的低成本射頻遙控解決方案使用MCU和基于表面聲波（SAW）的射頻發射器，如圖4所示。

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這種設計拓撲結構的廣泛接受主要源于其低成本和簡單性。 SAW器件與Colpitts振蕩器結構中的晶體管Q1諧振以形成載波頻率，并且晶體管Q2提供穩定操作所需的輸出功率放大和隔離。來自MCU的數據直接應用于SAW諧振器以形成OOK調制信號，來自MCU的GPIO6將電壓（VCC）提供給基于SAW的發送器。整個解決方案使用24個外部元件，包括MCU，一個旁路電容，一個用于為MCU提供時鐘的石英晶體，以及一個帶有跟蹤天線和電容的PCB。它的RF組件成本（不包括PCB，MCU和旁路電容器）在100，000單位體積中為0.77美元。 0.77美元的RF BOM成本不包括MCU，旁路電容或PCB的成本。傳統上，這是可靠RF傳輸的最低組件成本解決方案。從系統成本的角度來看，大的BOM數會增加其他成本，例如人工，庫存和測試，并降低制造產量。

盡管基于SAW的變送器因其組件成本低而廣泛用于遠程控制，但是這項舊技術的許多缺點。除了來自大量RF BOM組件的高系統成本之外，基于SAW的發射器還具有差的載波頻率精度，單頻操作，僅OOK調制，不一致的性能，對組件容差的敏感性和低制造產量。

相比之下，Si4010發射器是一個完整的片上系統（SoC）遙控IC。基于成熟的Si500硅振蕩器，其獲得專利的無晶體架構在商用溫度范圍內實現了±150 ppm的載波頻率精度，在工業溫度范圍內實現了±250 ppm，這是傳統低成本SAW發射器的兩倍精度沒有外部水晶。該器件工作在27至960 MHz的連續頻率范圍內，包括可編程功率放大器（PA），輸出功率高達+10 dBm，自動天線調諧和PA邊沿速率控制，符合FCC，ETSI和ARIB無線電頻率法規。嵌入式8051 MCU針對快速吞吐量進行指令優化，配備512字節內部數據RAM，4 kB RAM，8 kB OTP NVM，128位EEPROM，12 kB ROM功能庫和硬件加速128比特AES加密算法。該器件的1.8至3.6 V電源范圍，低待機電流低于超低功耗（10 nA）和觸摸喚醒操作，使Si4010成為紐扣電池應用的理想選擇。圖5顯示了Si4010發送器SoC的框圖。

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圖5：Si4010框圖。圖6顯示了使用Si4010和可選LED指示何時按下按鈕的遙控器原理圖。該遙控器的總BOM組件（不包括可選LED）是單個Silicon Labs的Si4010 IC，一個旁路電容，以及帶有PCB走線天線和電容的PCB。 Si4010的總BOM組件不僅遠低于基于SAW的發射器（3與24相比），Si4010也沒有任何RF組件，因為它們都集成在IC中。 Si4010的高集成度將總系統BOM從過去使用基于SAW的變送器的24個組件減少到僅僅三個組件。這種BOM減少大大減少了人工，庫存和測試成本，并大大提高了制造產量。此外，Si4010器件的自動天線調諧功能可確保始終如一的可靠輸出功率，并通過使用寬松公差制造工藝降低成本，因為不再需要高精度天線匹配。

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圖7：使用Si4010Si4010的434 MHz遠程控制PCB。使用存儲在12 kB ROM中的Si4010變送器的遠程控制功能庫，開發遠程控制應用程序非常簡單。該庫包括按鈕服務程序，AES加密，編碼模塊，電池電壓測量和其他有用的遠程控制功能，以減少代碼大小和加快產品上市時間。

圖8顯示了遠程控制應用中使用的Si4010的流程圖。當電池插入或從按鈕按下從待機模式喚醒時，Si4010自動開始將用戶代碼從非易失性存儲器（NVM）復制到RAM，然后運行用戶代碼的啟動過程。啟動后，首先初始化器件的數字模塊（MCU，中斷，定時器，外設等），然后使用ROM庫中的功能初始化模擬模塊。例如，在該階段期間設置調制類型（OOK或FSK），數據速率，PA發送電平，載波頻率等。

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