Продукция Honeywell SSEC для беспроводной передачи данных

Продукция Honeywell SSEC для беспроводной передачи данных

Вместо предисловия

Многие слышали о фирме Honeywell. Как правило, при упоминании этой компании сразу вспоминают, что она производит электронную продукцию для аэрокосмической промышленности, всевозможные датчики, а также интеллектуальные системы контроля и управления для “умного” дома. Но немногие знают, что Honeywell (точнее одно из ее подразделений - Honeywell Solid State Electronics Center) производит еще и высококачественные ВЧ/СВЧ компоненты. Именно об этой продукции и пойдет речь ниже. Но сначала кратко расскажем о самом Honeywell SSEC.

Числа, факты и тенденции

Honeywell Solid State Electronics Center был образован в 1965 году и к настоящему моменту насчитывает более 500 сотрудников. Основными областями деятельности этого подразделения являются производство ВЧ/СВЧ компонентов и датчиков, а также электроники для аэрокосмической промышленности и интеллектуальных систем контроля и управления. Компания обеспечивает полный технологический цикл производства продукции: от разработки изделия и выращивания подложек до сборки и выходного контроля. Сбыт продукции осуществляется через широкую сеть представительств по всему миру. Honeywell SSEC осуществляет совместные разработки с такими фирмами как RFI, LSR, и Sensonix, а его партнерами являются IBM, UMC и ASAT.

Honeywell всегда был присущ дух новаторства. Компания старается использовать в своих разработках самые передовые технологии. В связи с этим, даже стандартные линейки продукции Honeywell SSEC существенно отличаются от других предложений на рынке. Стратегия компании заключается в том, чтобы сосредоточить внимание на нескольких основных типах продукции, традиционно востребованных в телекоммуникационной отрасли, и, как следствие этого, предложить решение, превосходящее по своим параметрам аналоги конкурентов. Следует отметить, что Honeywell это вполне успешно удается. Данную стратегию хорошо иллюстрирует рисунок 1, на котором приведен типовой тракт радиочастотного устройства и показано, где продукция Honeywell SSEC может быть применена.



Рис. 1. Области применения продукции Honeywell SSEC

Как видно из рисунка, продукцию Honeywell SSEC составляют ВЧ/СВЧ ключи, аттенюаторы, а также трансиверы и законченные модули для передачи цифровых данных по радиоканалу. Остановимся на этих типах продукции более подробно. 

СВЧ ключи с высокой изоляцией (High Isolation Switches) 

Honeywell выпускает широкую гамму твердотельных СВЧ ключей, представленную семейством HRF-SW10XX. Данные ключи рассчитаны на работу в диапазоне частот от 0 до 4 ГГц (некоторые новые модели, например HRF-SW1022RF, до 6 ГГц) и предназначены для волновых трактов 50 и 75 Ом. Существуют модификации на 2 (HRF-SW100X), 4 (HRF-SW102X) и 6 (HRF- SW103X) направлений, а также матрица из ключей 4х6 (HRF-SW1040). Ключи питаются напряжением 5В и обеспечивают изоляцию между выходами порядка 40-55дБ. Конструктивно ключи выполнены в компактных корпусах LPCC для поверхностного монтажа и могут работать в диапазоне температур от –40 до +85 градусов Цельсия. Сводные характеристики СВЧ ключей Honeywell приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сводные характеристики твердотельных СВЧ ключей Honeywell SSEC 

Наименование

Изоляция на частоте 1 ГГц

Вносимые потери на частоте 1 ГГц

Тип

Частотный диапазон

Корпус

Питание

HRF-SW1000

> 50 дБ

0.9 дБ

SPDT Поглощающий 50 Ом

0 - 4ГГц

12 выв. LPCC™

+5 В

HRF-SW1001

> 50 дБ

0.9 дБ

SPDT Поглощающий 75 Ом

0 - 2.5 ГГц

12 выв. LPCC™

+5 В

HRF-SW1020

> 48 дБ

1.45 дБ 

SP4T Поглощающий 50 Ом

0 - 2.5 ГГц

20 выв. LPCC™

+5 В

HRF-SW1021

> 48 дБ

1.35 дБ

SP6T Поглощающий 75 Ом

0 - 2.5 ГГц

20 выв. LPCC™

+5 В

HRF-SW1030

> 50 дБ

1.8 дБ

SP6T Поглощающий 50 Ом

0 - 2.5 ГГц

24 выв. LPCC™

+5 В

HRF-SW103

> 50 дБ

1.8 дБ

SP6T Поглощающий 75 Ом

0 - 2.5 ГГц

24 выв. LPCC™

+5 В

HRF-SW1040

> 25 дБ

12 дБ

4x6 матрица Поглощающий 50 Ом

0 - 4ГГц

20 выв. LPCC™

+5 В

Отличительными особенностями ключей Honeywell являются: высокая изоляция между выходами, работа в трактах с различным волновым сопротивлением, малые габариты, а также управление логическими уровнями КМОП. Все это делает их весьма привлекательными для производителей различного радиооборудования. В качестве примера можно привести использование ключей серии HRF-SW1000 в качестве антенного переключателя военного GPS приемника (подробности можно найти на сайте www.trimble.com), а также в качестве коммутатора сигналов в приемнике базовой станции стандарта TETRA (подробности на сайте www.damm.dk). 

Для удобства разработчиков существуют специальные демонстрационные платы с уже установленными на них СВЧ ключами, значительно облегчающие процесс макетирования и тестирования устройства. Одна из таких плат приведена на рисунке 2.



Рис. 2. Ключ HRF-SW1020 на демонстрационной плате 

Высокоточные цифровые аттенюаторы (High accuracy digital attenuators)

Линейка цифровых аттенюаторов Honeywell включает в себя модели работающие в диапазоне частот от 0 до 4 ГГц и обеспечивающие ослабление с шагом 0, 5 или 1 дБ. Существуют модификации с 5- или 6-битным последовательным или параллельным интерфейсом. Аттенюаторы рассчитаны на работу в трактах с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом при напряжении питания 5В и температурном диапазоне от –40 до +85 градусов Цельсия. При этом вносимые потери на частоте 2 ГГц не превышают 3 дБ. Аттенюаторы выполнены в компактных 16 / 24 - выводных корпусах LPCC. Характеристики аттенюаторов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сводные характеристики цифровых аттенюаторов Honeywell SSEC

Модель

Разрядность

Частотный диапазон

Вносимые потери на частоте 2ГГц 

При 1 дБ Компрессии

Входной IP3

Корпус

Особенности

HRF-AT4510

5 бит

0 - 4 ГГц

2.0 дБ

< 22.5 дБм

35.5/40 дБм

LPCC

Параллельный интерфейс, 50 Ом, дапазон=15, 5 дБ, шаг=0, 5 дБ

HRF-AT4511

5 бит

0 - 4 ГГц

2.0 дБ

< 22.5 дБм

35.5/40 дБм

LPCC

Последовательный интерфейс, 50 Ом, дапазон=15, 5 дБ, шаг=0, 5 дБ

HRF-AT4520

5 бит

0 - 2.5 ГГц

2.7 дБ

< 24.0 дБм

38 дБм

LPCC

Параллельный интерфейс, 50 Ом, дапазон=31, 0 дБ, шаг=1, 0 дБ

HRF-AT4521

5 бит

0 - 2.5 ГГц

2.7 дБ

< 24.0 дБм

38 дБм

LPCC

Последовательный интерфейс, 50 Ом, дапазон=31, 0 дБ, шаг=1, 0 дБ

HRF-AT4522

5 бит

0 - 2ГГц

3.0 дБ

< 19.5 дБм

40 дБм

LPCC

Параллельный интерфейс, 75 Ом, дапазон=31, 0 дБ, шаг=1, 0 дБ

HRF-AT4610

6 бит

0 - 4 ГГц

3.0 дБ

< 24.0 дБм

38 дБм

LPCC

Параллельный интерфейс, 50 Ом, дапазон=31, 5 дБ, шаг=0, 5 дБ

HRF-AT4611

6 бит

0 - 4 ГГц

3.0 дБ

< 24.0 дБм

38 дБм

LPCC

Последовательный интерфейс, 50 Ом, дапазон=31, 5 дБ, шаг=0, 5 дБ

Аттенюаторы Honeywell отличаются низкими вносимыми потерями, широким частотным диапазоном, возможностью выбора последовательного или параллельного интерфейса, управлением логическими уровнями КМОП, а также компактными размерами. Аттенюаторы Honeywell HRF-AT4520 успешно применяются в аппаратуре базовых станций серии CGIS от Motorola, работающих на частоте 800 МГц (подробная информация доступна на сайте Motorola по адресу: http://www.motorola.com/networkoperators/Access-Systems.htm), а аттенюаторы серии HRF-AT4510 - в приемниках базовых станции Libra диапазона 3, 5 ГГц (подробности на сайте http://www.wilan.com).

Также как и для СВЧ ключей, для аттенюаторов существуют специальные демонстрационные платы, упрощающие процесс макетирования и тестирования создаваемого устройства. Одну из таких плат можно видеть на рисунке 3.



Рис. 3. Аттенюатор HRF-AT4521 на демонстрационной плате 

Трансиверы и модули для передачи цифровых данных по радиоканалу

Итак, мы переходим к наиболее интересному типу продукции Honeywell. Ни для кого не секрет, что решений в области передачи данных по радиоканалу существует великое множество. Каждое решение посвоему уникально и старается занять определенную нишу на этом весьма обширном рынке. Поскольку нельзя объять необъятное и предложить вариант одинаково хорошо подходящий во всех случаях, то, как правило, каждый производитель предлагает решения лишь для определенного круга задач. Разобраться с тем, какие задачи можно решить при помощи продукции Honeywell нам поможет таблица 3, в которой классифицированы основные стандарты беспроводной передачи данных и показана та область, в которую входят решения, предлагаемые Honeywell SSEC.

Таблица 3. Классификация основных стандартов беспроводной передачи данных

Параметр

Zigbee**

ISM

Bluetooth

Рынок

Компьютерный, бытовые и индустриальные устройства

Компьютерный, бытовые и индустриальные устройства

Компьютерный и коммуникационный

Применения

Домашняя автоматизация, беспроводные датчики, радиоуправляемые игрушки

Домашняя автоматизация, беспроводные датчики, радиоуправляемые игрушки

Домашний офис, сотовые телефоны, персональные цифровые помощники

Управление частотой

до 2, 45 ГГц

до 2, 45 ГГц

до 2, 45 ГГц

Модуляция

Прямая последовательность

Перескок по частоте

Перескок по частоте

Скорость передачи данных

120-200 Кбит/с

4-128 Кбит/с

721 Кбит/с

Расстояние

До 50 метров

До 4000 метров

До 10 метров

Стандарт передачи данных

IEEE 802.15.4

- - - - - - - - 

IEEE 802.15.1



 

- Область решений, предлагаемых Honeywell SSEC

**

- Стандарт Zigbee находится в настоящее время на стадии разработки. В связи с этим готовые решения, основанные на данном стандарте, пока отсутствуют.

Как видно из таблицы, Honeywell делает главную ставку на решения для беспроводной передачи данных в частотном диапазоне ISM (Industrial Scientific Medical), основанные на собственных разработках, не используя при этом протоколы обмена стандартов Bluetooth и Zigbee. Вместе с тем, Honeywell активно применяет технологию перескока по частоте (frequency hopping), которая используется в стандарте Bluetooth, позволяет снизить помехи на другие радиосистемы, использовать более мощный передатчик и увеличить радиус действия системы. 

Решения для передачи данных в диапазоне ISM (2, 4 ГГц) представлены линейкой приборов серии HRF-ROC094XX, состоящей из приемника (HRF-ROC094XR), передатчика (HRF-ROC094XT), а также трансивера (HRF-ROC094XC), способных передавать данные со скоростью 128Кбит/с.

Следует отметить, что некоторые более ранние решения от Honeywell работают не в диапазоне ISM, а на частотах от 300 до 928 МГц. Речь идет о семействе HRF-ROC093XX, включающем в себя несколько трансиверов, приемник и передатчик. В качестве типичного представителя этого семейства можно привести полудуплексный трансивер HRF-ROC09325. Данный трансивер может передавать цифровые данные со скоростью 28.8Кбит/с и подключается непосредственно к микропроцессору через интерфейс SPI. Питается трансивер напряжением от 2, 4 до 3, 3 вольт и потребляет при этом ток порядка 29мА. HRF-ROC09325 выполнен в 40 – выводном корпусе LPСC размером 7 х 7 мм, и работает при температуре окружающей среды от – 40 до +85 градусов Цельсия. Одной из основных особенностей данного трансивера является возможность использования произвольной частоты в диапазоне от 300 до 928 МГц, что делает это решение уникальным на рынке. 

Помимо трансиверов серии HRF-ROC09325 выпускается семейство приборов со скоростью передачи данных 128Кбит/с, работающих в более узком диапазоне частот (860-928 МГц) включающее в себя как трансивер (HRF-ROC093XC), так и только приемник (HRF-ROC093XR), а также только передатчик (HRF-ROC093XT). 

Кроме вышеупомянутых трансиверов Honeywell SSEC выпускает еще и законченные модули для передачи данных по радиоканалу. Одним из таких модулей является HRF-ROC09325XM, работающий в диапазоне частот 902-928 МГц и передающий данные со скоростью 19.2Кбит/c. Для того, чтобы использовать HRF-ROC09325XM достаточно подключить к нему питание, антенну, управляющий микропроцессор (через интерфейс SPI), а также несколько элементов обвязки. Внешний вид модуля представлен на рисунке 4.



Рис. 4. Радиомодуль HRF-ROC09325XM

Сводные технические характеристики трансиверов, радиомодулей, а также приемников и передатчиков Honeywell SSEC приведены в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики трансиверов, радиомодулей, приемников и передатчиков Honeywell SSEC для передачи данных по радиоканалу

Тип

Описание

Диапазон частот

Скорость передачи данных

Выходная мощность

Напряжение питания Vdd (В)

Корпус

HRF-ROC09325

Интегральный трансивер 300-928 МГц с интерфейсом SPI

300 – 928 МГц

28.8K 

+3 дБм

2.4 - 3.3

40 выв. 7X7 мм LPCC™

HRF-ROC094XC

Интегральный трансивер 2400 МГц с быстрой перестройкой по частоте и интерфейсом SPI

2400-2500 МГц

128K

+3 дБм

2.5

40 выв. 7X7 мм LPCC™

HRF-ROC094XR

Интегральный ФМ-ЧМ приемник 2400 МГц с быстрой перестройкой по частоте и интерфейсом SPI

2400-2500 МГц

128K

-

2.5

40 выв. 7X7 мм LPCC™

HRF-ROC094XT

Передатчик 2400 МГц с быстрой перестройкой по частоте и интерфейсом SPI

2400-2500 МГц 

128K

+3 дБм

2.5

28 выв. 4X5 мм LPCC™

HRF-ROC093XC

Интегральный трансивер 860-928 МГц с быстрой перестройкой по частоте и интерфейсом SPI

860-928 МГц

128K

+3 дБм

2.5

48 выв. 7X7 мм LPCC™

HRF-ROC093XR

Интегральный ЧМ-ФМ приемник с быстрой перестройкой по частоте и интерфейсом SPI

860-928 МГц

128K

-

2.5

40 выв. 6X6 мм LPCC™

HRF-ROC093XT

ЧМ-ФМ передатчик с быстрой перестройкой по частоте и интерфейсом SPI

860-928 МГц

128K

+3 дБм

2.5

28 выв. 4X5 мм LPCC™

HRF-ROC09325XM

Радиомодуль 902-928 МГц с быстрой перестройкой по частоте и интерфейсом SPI

902-928 МГц

19.2K

+3 дБм

2.5

23 мм X 23 мм модуль

Возможности применения данного типа продукции Honeywell SSEC весьма разнообразны.

Хорошей иллюстрацией этому служат рекомендации Honeywell по использованию трансивера HRF-ROC09325, указанные в таблице 5.

Таблица 5. Рекомендуемые применения трансивера HRF-ROC09325 

Рынок

Применение

Измерения

Беспроводной электросчетчик, газосчетчик, беспроводной расходомер воды

Игрушки

Беспроводная консоль для игровой приставки

Датчики в промышленности

Удаленные и беспроводные датчики, сети датчиков

Автомобильная промышленность

Снижение количества жгутов в автомобиле

Безопасность

Системы пожарной и охранной сигнализации, контроль доступа

В качестве практического подтверждения данных таблицы 5 можно привести применение трансивера HRF-ROC09325 в системе беспроводного считывания показаний электросчетчика, созданной компанией USCL (www.energycite.com), а также использование этого же трансивера в беспроводной консоли для игровой приставки Sony Playstation, предложенной компанией Saitek (www.saitek.com). Список подобных применений можно продолжать еще очень долго.

Успешное использование решений Honeywell SSEC для беспроводной передачи данных во многом обусловлено хорошими средствами разработки. Практически для любого продукта существует набор разработчика, используя который можно легко и в короткие сроки создать свое устройство. В частности, для трансивера HRF-ROC09325 такой набор включает в себя две одинаковые демонстрационные платы (evaluation boards) с уже установленными на них всеми необходимыми компонентами (трансивером, микроконтроллером семейства PIC, антенным переключателем, ВЧ разъемами и т.д.). Каждая из демонстрационных плат подключается к компьютеру при помощи последовательного порта. Прилагаемый набор программ обеспечивает контроль частоты, мощности и внутренних регистров трансивера, что существенно облегчает разработку. Платы питаются напряжением 5В постоянного тока и имеют раздельные входы/выходы для приемника и передатчика. Одна из таких плат показана на рисунке 5. Стоимость подобного набора разработчика составляет около $695.



Рис. 5. Плата из набора разработчика HRF-ROC09325 

Помимо этого, Honeywell также предлагает специальное программное обеспечение для управления процессом перескока по частоте и организации связи между устройствами. Написанное на языке “С”, данное программное обеспечение легко портируется на различные типы микроконтроллеров и обладает следующими возможностями: 

Позволяет установить соединение с удаленным устройством и синхронизировать временные и частотные интервалы 

Контролирует и обеспечивает безошибочную передачу данных (запрашивает подтверждение приема пакета данных и повторяет пакет, если он не был принят) 

Если соединение нарушено и затем восстановлено, автоматически производит синхронизацию и продолжает передачу данных 

При передаче производит формирование пакета и служебной информации 

При приеме проверяет целостность сообщения и отправляет запрос на передачу следующего пакета 

Вышеуказанное программное обеспечение можно использовать не только для связи типа “точка - точка”, но и для организации сетей. При этом используется топология “базовая станция – удаленное устройство”. При такой схеме взаимодействия число устройств в сети легко регулируется и даже возможна связь двух устройств между собой через базовую станцию. Структуру предлагаемого Honeywell программного обеспечения легко проследить по таблице 6.

Таблица 6. Структура программного обеспечения Honeywell для передачи данных по радиоканалу

Сетевой уровень и выше 

 TDMA, CSMA, управление числом устройств 

 Управление взаимодействием удаленных устройств 

 Управление доступом к сети 

 Управление идентификаторами устройств 

Канальный уровень 

 Добавление заголовка и завершающей части к сообщению для обеспечения надежности передачи данных 

 Проверка принятых данных и формирование запроса на передачу следующего пакета 

Управление передачей 

 Управление моментом передачи информации 

 Формирование пакетов информации 

Управление приемом 

 Управление моментом приема информации 

 Проверка целостности сообщения (CRC)

FHSS 

 Перескок по частоте, установление и поддержание синхронизации

Физический уровень (Трансивер) 

 FIFO для хранения сообщения 

 Передача сообщения 

 Прием сообщения 

 Доставка сообщения

Информация к размышлению 

Уже сейчас продукция Honeywell SSEC находит свое применение во многих отечественных разработках. Благодаря относительно невысокой стоимости, хорошим техническим характеристикам, а также развитым средствам разработки эта продукция становится все более популярной и все большее число производителей обращают на нее свое внимание.