RF集成

　　以上的討論內(nèi)容主要集中在MCU架構(gòu)之內(nèi)。然而，其他與無線收發(fā)器相關(guān)的特性也應(yīng)當(dāng)關(guān)注�；趹�(yīng)用需求，無線可穿戴設(shè)備可能從不需要接收信息，但是多數(shù)設(shè)備需要在一些時候發(fā)射數(shù)據(jù)。電池供電設(shè)備的低功效放大器會顯著增加系統(tǒng)功耗，并且使應(yīng)用增加電池尺寸和成本以滿足系統(tǒng)運(yùn)行壽命的需要。例如，長距離通信設(shè)備可能需要RF有+13dBm、16dBm或甚至+20dBm等級別輸出功率。雖然在WMCU中集成+10dBm RF功率放大器（PA）是普遍存在的，但是如果應(yīng)用需要更大輸出功率，那么就需要片外的三極管或者放大器。問題是對于創(chuàng)建低成本且切實(shí)可行的解決方案來說，這些片外助推器是無益的，因?yàn)榻鉀Q方案既要滿足高效又要低成本。因此，在要求長距離和/或者頻繁通信的應(yīng)用中，效率和電池壽命通常與獲得具有競爭力的成本目標(biāo)是矛盾的�？朔@個問題的一種方法是確保WMCU中集成適當(dāng)大小的PA，甚至大可達(dá)+20dBm。通過在WMCU設(shè)備中集成PA，PA的電流消耗能夠被小化。歸功于PA輸出和助推放大器之間的適當(dāng)匹配，以及發(fā)射鏈的安全設(shè)計(jì)對溫度和電壓變動的補(bǔ)償，因此沒有損耗。一個完全集成的PA使得PA操作得以完全控制，確保獲得低功耗。

　　許多應(yīng)用運(yùn)行于2.4GHz頻段，這種情況下，IC供應(yīng)商有機(jī)會可以通過集成匹配電路和提供單端RF輸入輸出來簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。Sub-GHz應(yīng)用傾向于覆蓋非常寬的頻率范圍，從數(shù)百M(fèi)Hz到1GHz。在這些情況下，集成匹配組件是不現(xiàn)實(shí)的。然而，在WMCU中集成通常片外使用的被動器件，并且由于對于分離實(shí)現(xiàn)方案有成本優(yōu)勢，因此在大多數(shù)流行的頻段應(yīng)用中是可行的。

　　后，我們在無線可穿戴設(shè)備中還沒有討論的是天線發(fā)射和接收特性。由于尺寸和成本限制，大多數(shù)無線可穿戴設(shè)備的天線發(fā)射特性一般都較差，因?yàn)樗鼈兺ǔ：唵蔚陌烟炀�打印在PCB板面材料上（像FR4）。為了補(bǔ)償天線損耗或低增益，簡單方法是增加RF輸出功率電感來獲得期望的輸出功率。不幸的是，如前面所討論的，這個發(fā)射器將比那些天線已經(jīng)被優(yōu)化過的發(fā)射器消耗更大的能量。更好的設(shè)計(jì)和更低的匹配電路損耗將是優(yōu)化操作的保證，但是天線設(shè)計(jì)具有極大的設(shè)計(jì)難度，特別是當(dāng)考慮到可穿戴設(shè)備所處不斷變化的RF環(huán)境時。由靠近終端用戶身體（例如手覆蓋到設(shè)備上時）而產(chǎn)生的不匹配波動能夠引起許多問題。一些WMCU設(shè)備，例如Silicon Labs的Si4010“片上遙控器”發(fā)射器，有集成的天線調(diào)諧電路，能夠在這些時候動態(tài)的補(bǔ)償天線。這種電路起著非常重要的作用，不僅控制功耗，而且也確保無線電輻射保持在法規(guī)限定范圍之內(nèi)。

　　一種補(bǔ)償較差天線接收性能的方法是把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成天線分集接收，即采用多天線。雖然許多應(yīng)用將從實(shí)施天線分集中獲益，但也有一些因素需要考慮。首先，天線分集傾向于幫助那些在發(fā)射端和接收端之間的距離上有如此情況的：接收到的信號水平接近背景噪聲水平（即接近鏈路覆蓋范圍的邊沿），或者由多徑傳輸或物體遮擋而產(chǎn)生的衰落傳輸環(huán)境。

　　為了降低功耗和芯片成本，WMCU IC通常僅集成一條接收路徑，因此天線分集必須通過一個片外天線開關(guān)進(jìn)行切換，以便在兩個天線之間交替選擇。然而，由兩個天線共享一條接收路徑的方案可能比人們預(yù)期消耗更多的功耗。因?yàn)樵谶@種情況下，發(fā)射的前導(dǎo)符長度必須被擴(kuò)展，以便為兩個天線按順序進(jìn)行評估提供足夠的時間。為分析和選擇佳天線，也增加了計(jì)算成本和電流消耗。

　　后，還有一個間距問題。在無線通信系統(tǒng)中天線之間的距離被推薦為波長（λ）的整數(shù)倍或分?jǐn)?shù)倍，小間距是1/4λ。在2.4GHz，波長為125mm，依據(jù)小間距λ/4或31.25mm的分離天線設(shè)計(jì)在一些無線可穿戴設(shè)備內(nèi)是可行的。然而，對于工作在Sub-GHz頻段的WWD來說，克服這種挑戰(zhàn)將變得極其困難。在868MHz頻段，天線應(yīng)當(dāng)被保持小86mm的間距，這導(dǎo)致在許多WWD應(yīng)用中無法使用天線分集。

　　因此，工程師必須在改善傳輸距離和接收性能與增加復(fù)雜性和尺寸、計(jì)算成本和電流消耗之間進(jìn)行權(quán)衡。假設(shè)天線分集不是問題，增加的計(jì)算成本和相應(yīng)的功耗能被克服。那么，在變化的和非同步的環(huán)境中，定期的在天線間進(jìn)行切換也是需要的，因?yàn)闊o線電在信息包到達(dá)前不知道哪個天線能夠?qū)崿F(xiàn)更好的接收效果。Silicon Labs的EZRadioPRO收發(fā)器擁有集成的前導(dǎo)符質(zhì)量檢測器以基于RSSI值來決定信號質(zhì)量，并確認(rèn)有效信息包到達(dá)兩個天線。集成檢測器的好處是它能夠選擇佳的天線，卸載MCU負(fù)擔(dān)，從而也在選擇過程中減少整體功耗。