具有數(shù)據(jù)獲取能力的獨立射頻無線裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示一種具有數(shù)據(jù)獲取能力的廉價且低功率需求的RF無線裝置，所述RF無線裝置可用于例如獨立數(shù)據(jù)中繼器或獨立數(shù)據(jù)獲取節(jié)點等簡單應(yīng)用，而不需要用于控制所述無線裝置的主機微控制器單元MCU或可編程邏輯。
【專利說明】具有數(shù)據(jù)獲取能力的獨立射頻無線裝置
[0001]相關(guān)專利申請案
[0002]本申請案主張由邁克爾.西蒙斯(Michael Simmons)、楊憶風(fēng)(Yifeng Yang)、史蒂文 R.拜勃(Steven R.Bible)及彼得.索拉尼.科瓦奇(P6ter Szilveszter Kovacs)在2011年6月2日提出申請的標(biāo)題為“具有數(shù)據(jù)獲取能力的獨立射頻收發(fā)器(StandaloneRadio Frequency Transceiver Having Data Acquisition Capabilities)，，的共同擁有的第61/492，535號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)；出于所有目的，所述美國臨時專利申請案特此以引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及射頻中繼器及無線節(jié)點，且更明確地說，涉及獨立射頻無線中繼器及數(shù)據(jù)獲取節(jié)點。
【背景技術(shù)】
[0004]典型無線節(jié)點包含射頻(RF)收發(fā)器及主機微控制器單元(MCU)或可編程邏輯以控制所述RF收發(fā)器。需要MCU或可編程邏輯連同RF收發(fā)器增加制造裝置板或裸片空間的成本，且由于所述MCU(或可編程邏輯)連同RF收發(fā)器的增加的功率需求而縮短電池使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]需要一種可在不需要MCU的情況下用于例如獨立中繼器或獨立數(shù)據(jù)獲取節(jié)點的簡單應(yīng)用的具有數(shù)據(jù)獲取能力的廉價且低功率需求的RF無線裝置。
[0006]根據(jù)實施例，無線數(shù)據(jù)獲取裝置可包括:射頻收發(fā)器；傳感器外部連接；接收模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC);模擬信號多路復(fù)用器，其具有耦合到所述傳感器外部連接的第一輸入、耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸出的第二輸入及耦合到所述接收ADC的輸出；發(fā)射數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸入；基帶信號解碼及編碼邏輯，其分別耦合到所述接收ADC的輸出及所述發(fā)射DAC的輸入；媒體接入控制(MAC)邏輯，其耦合到所述基帶信號解碼及編碼邏輯；通信接口，其耦合到所述MAC邏輯及多個外部連接中的一者；狀態(tài)機，其耦合到所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯、所述MAC邏輯及所述模擬信號多路復(fù)用器的控制輸入；及配置存儲裝置，其耦合到所述狀態(tài)機及所述多個外部連接中的另一者；其中所述狀態(tài)機使用存儲于所述配置存儲裝置中的配置信息來配置所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯及所述MAC邏輯的操作。
[0007]根據(jù)又一實施例，計時器可耦合到所述狀態(tài)機。根據(jù)又一實施例，所述配置存儲裝置選自由以下各項組成的群組:非易失性存儲器、可單次編程(0ΤΡ)存儲器以及電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。根據(jù)又一實施例，所述通信接口包括串行外圍接口(SPI)。根據(jù)又一實施例，所述通信接口選自由以下各項組成的群組:集成電路間(I2C)接口及通用異步接收器/發(fā)射器(UART)。根據(jù)又一實施例，所述狀態(tài)機在于所述傳感器外部連接處檢測到信號時將所述射頻收發(fā)器從低功率休眠模式喚醒。根據(jù)又一實施例，所述狀態(tài)機在從所述計時器斷言喚醒信號時將所述射頻收發(fā)器從低功率休眠模式喚醒。
[0008]根據(jù)又一實施例，提供所接收信號強度指示符模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(RSSI ADC)。根據(jù)又一實施例，提供耦合于所述RSSI ADC與另一傳感器外部連接之間的第二模擬信號多路復(fù)用器。根據(jù)又一實施例，配置數(shù)據(jù)存儲于所述配置存儲裝置中。根據(jù)又一實施例，所述配置數(shù)據(jù)選自由以下各項組成的群組中的一者或一者以上:信道頻率、數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)獲取周期、標(biāo)識及喚醒間隔。根據(jù)又一實施例，提供中繼器功能，其中所述射頻收發(fā)器接收數(shù)據(jù)且接著重新發(fā)射所接收數(shù)據(jù)。
[0009]根據(jù)又一實施例，所述狀態(tài)機的中斷輸入耦合到所述多個外部連接中的又一者，其中當(dāng)在所述狀態(tài)機的所述中斷輸入處接收到中斷信號時，所述模擬信號多路復(fù)用器將所述傳感器外部連接耦合到所述接收ADC的輸入，所述接收ADC將來自所述傳感器外部連接的信號的樣本轉(zhuǎn)換為表示其的數(shù)字值，且接著所述射頻收發(fā)器發(fā)射所述數(shù)字值。
[0010]根據(jù)另一實施例，無線數(shù)據(jù)中繼器裝置可包括:射頻收發(fā)器；接收模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸出；發(fā)射數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸入；基帶信號解碼及編碼邏輯，其分別耦合到所述接收ADC的輸出及所述發(fā)射DAC的輸入；媒體接入控制(MAC)邏輯，其耦合到所述基帶信號解碼及編碼邏輯；通信接口，其耦合到所述MAC邏輯及多個外部連接中的一者；狀態(tài)機，其耦合到所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯、所述MAC邏輯及所述模擬信號多路復(fù)用器的控制輸入；及配置存儲裝置，其耦合到所述狀態(tài)機及所述多個外部連接中的另一者；其中所述狀態(tài)機使用存儲于所述配置存儲裝置中的配置信息來配置所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯及所述MAC邏輯的操作。
[0011]根據(jù)又一實施例，所述配置存儲裝置選自由以下各項組成的群組:非易失性存儲器、可單次編程(0ΤΡ)存儲器以及電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。根據(jù)又一實施例，所述狀態(tài)機在接收到數(shù)據(jù)信號時將所述射頻收發(fā)器從低功率休眠模式喚醒且接著所述射頻收發(fā)器重新發(fā)射所接收數(shù)據(jù)信號。根據(jù)又一實施例，配置數(shù)據(jù)存儲于所述配置存儲裝置中。根據(jù)又一實施例，所述配置數(shù)據(jù)選自由以下各項組成的群組中一者或一者以上:信道頻率、數(shù)據(jù)速率、標(biāo)識及喚醒間隔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]通過參考連同附圖一起進(jìn)行的以下說明可獲取對本發(fā)明的更全面理解:
[0013]圖1圖解說明與微控制器單元(MCU) —起使用的典型現(xiàn)有技術(shù)無線裝置架構(gòu)的示意性框圖；且
[0014]圖2圖解說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的不需要微控制器單元(MCU)的獨立無線裝置架構(gòu)的示意性框圖。
[0015]雖然易于對本發(fā)明做出各種修改及替代形式，但在圖式中已展示并在本文中詳細(xì)描述其特定實例實施例。然而，應(yīng)理解，本文中對特定實例實施例的描述并非打算將本發(fā)明限制于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本發(fā)明將涵蓋如由所附權(quán)利要求書所界定的所有修改及等效形式?！揪唧w實施方式】
[0016]微控制器單元(MCU)可定義為具有非易失性程序存儲器的主機微控制器或可編程邏輯。根據(jù)本發(fā)明的教示，可通過實施成RF收發(fā)器邏輯的邏輯的最少添加而接管MCU的任務(wù)。通過消除MCU，能量消耗被降低，例如，MCU可消耗典型無線節(jié)點中的總能量的30%到50%。獨立RF無線裝置可在不具有由MCU控制的額外負(fù)擔(dān)的情況下較快操作。所有這些因素有益于電池壽命(例如，電池壽命可增加一倍)。
[0017]獨立RF無線裝置還可用作獨立中繼器以轉(zhuǎn)發(fā)所接收消息以擴展無線網(wǎng)絡(luò)的范圍，且是例如獨立中繼器的成本敏感應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的葉子節(jié)點(例如，WSN中的最大數(shù)目個節(jié)點)也是成本敏感應(yīng)用。葉子節(jié)點用于周期性地發(fā)射所獲取傳感器數(shù)據(jù)。
[0018]現(xiàn)在參考圖式，示意性地圖解說明特定實例實施例的細(xì)節(jié)。圖式中，相似元件將由相似編號表示，且類似元件將由帶有不同小寫字母后綴的相似編號表示。
[0019]參考圖1，繪示與微控制器單元(MCU) —起使用的典型現(xiàn)有技術(shù)無線裝置架構(gòu)的示意性框圖。所述無線裝置可包括:射頻收發(fā)器102、接收模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 104、所接收信號強度指示符(RSSI)ADC106、發(fā)射數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC) 108、狀態(tài)機110、基帶(BB)解碼(接收)及編碼(發(fā)射)邏輯112、媒體接入控制(MAC)邏輯114、通信接口 116 (例如，串行外圍接口(SPI)及/或一(多個)集成電路間(I2C)接口)以及多個輸入/輸出(I/O)連接118。MCU120在I/O連接118處耦合到所述收發(fā)器且經(jīng)由通信接口 116與所述收發(fā)器通信。MCU120借助存儲于MCU120的非易失性存儲器(未展示)中的程序而控制所述無線收發(fā)器的操作。所述無線裝置可制作于集成電路124上且RF收發(fā)器102耦合到天線122。使用MCU120及非易失性存儲器(未展示)需要電力且因此減少原本可用于延長所述無線收發(fā)器的操作的電池使用壽命。
[0020]現(xiàn)在參考圖2，繪示根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的不需要微控制單元(MCU)的獨立無線裝置架構(gòu)的示意性框圖。所述獨立無線裝置可包括:射頻收發(fā)器102、接收模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 104、所接收信號強度指示符(RSSI)ADC106、發(fā)射數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC) 108、狀態(tài)機210、基帶(BB)解碼(接收)及編碼(發(fā)射)邏輯112、媒體接入控制(MAC)邏輯114、通信接口 116 (例如，串行外圍接口(SPI)及/或一(多個)集成電路間(I2C)接口)以及多個輸入/輸出(I/O)連接118。另外，可將模擬多路復(fù)用器238、無MCU的狀態(tài)機232及計時器234添加到所述無線收發(fā)器的前述功能以使其成為MCU獨立。模擬多路復(fù)用器238具有耦合到無MCU的狀態(tài)機232且受其控制的控制輸入(未展示)。配置存儲裝置230可在無線收發(fā)器的制造期間或在現(xiàn)場被編程且針對特定應(yīng)用被編程。無MCU的狀態(tài)機232可使用被編程到配置存儲裝置230中的配置。
[0021]經(jīng)由使用外部連接118、芯片上非易失性存儲器(未展示)等，無MCU的無線收發(fā)器的配置可存儲于配置存儲裝置230中且可為(舉例來說，但不限于)各種無線電參數(shù)，例如，信道頻率、數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)獲取周期、標(biāo)識、喚醒間隔等。無MCU的RF裝置可使用以下各項中的任何一者或一者以上:輸入/輸出(I/O)連接118 (硬件配置)、芯片上可單次編程(0ΤΡ)存儲器(未展示)及/或具有SPI/I2C/等通信主控裝置(未展示)的芯片外電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)(未展示)。
[0022]外部傳感器/換能器/等數(shù)據(jù)獲取可通過以下各項中的任一者或兩者完成:接收ADC104及/或RSSI ADC106 (中繼器應(yīng)用不需要)。經(jīng)由多路復(fù)用器238使用ADC (接收ADC或RSSI ADC)將增加RF收發(fā)器集成電路內(nèi)部的現(xiàn)有芯片上ADC的準(zhǔn)確度及性能，且添加從外部連接236進(jìn)行取樣的能力。由于發(fā)射所獲取數(shù)據(jù)是主要關(guān)注點，因此對于本文中所描述的所述無Μ⑶的RF收發(fā)器的應(yīng)用及操作來說，再次使用接收ADC104及/或RSSI ADC106將不會引起問題。
[0023]計時器234的功能可為簡單的或復(fù)雜的，且出于從外部(芯片外)源獲取數(shù)據(jù)及后續(xù)從所述無線收發(fā)器發(fā)射數(shù)據(jù)的目的，提供周期性喚醒無MCU的RF收發(fā)器的芯片上邏輯(例如，狀態(tài)機210及/或232)的能力。此表示對于獲取可被周期性取樣且值被廣播到WSN(中繼器應(yīng)用不需要)的溫度、壓力、流體水平面等的測量結(jié)果有用的數(shù)據(jù)獲取的“輪詢”模式。RF收發(fā)器一般來說具有還可用于對外部傳感器(模擬或數(shù)字)進(jìn)行取樣的休眠計時器。
[0024]外部喚醒輸入(在圖2中未明確展示但涵蓋于本文中且可為無MCU的狀態(tài)機232的一部分)將允許芯片外源指定何時數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好被獲取而非依賴于喚醒計時器234。此表示對于基于事件的數(shù)據(jù)獲取(例如在打開門時喚醒并獲取數(shù)據(jù))有用的數(shù)據(jù)獲取的“中斷”模式。
[0025]無MCU的狀態(tài)機232執(zhí)行可為無線電協(xié)議所特有的預(yù)定義步驟集，例如，喚醒，接著獲取數(shù)據(jù)，接著將所述數(shù)據(jù)格式化成幀格式，接著發(fā)射含有所述數(shù)據(jù)的幀，接著返回到休眠(低功率模式)。所述包格式是在所述RF收發(fā)器的硬件邏輯中而確定且一旦設(shè)計所述邏輯，便不易被修改。
[0026]數(shù)據(jù)獲取接口(例如，圖2中所展示的RX ADC104)可包括到芯片外資源的一個或一個以上“標(biāo)準(zhǔn)”接口，例如，舉例來說但不限于，模擬接口(ADC)及/或數(shù)字接口(I2C、SP1、通用異步接收器/發(fā)射器(UART)等)。數(shù)據(jù)獲取接口的控制可由無MCU的狀態(tài)機232執(zhí)行。如圖2中所展示，現(xiàn)有ADC(接收ADC104或RSSI ADC106)的再使用可用于通過僅在ADC104或106與連接236處的外部模擬輸入之間添加多路復(fù)用器238來實施模擬獲取接口而不必實施額外硬件。
[0027]圖2中所展示的獨立無線裝置可制作于集成電路裸片224上且封裝于集成電路封裝(未展示)中。天線122耦合到RF接收器102。
[0028]雖然已參考本發(fā)明的實例實施例而繪示、描述及界定本發(fā)明的實施例，但此些參考并不暗示對本發(fā)明的限制，且不應(yīng)推斷出存在此限制。所揭示的標(biāo)的物能夠在形式及功能上具有大量修改、變更及等效形式，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員及受益于本
【發(fā)明者】將想到。本發(fā)明的所繪示及所描述實施例僅為實例，而并非是對本發(fā)明的范圍的窮盡性說明。
【權(quán)利要求】
1.一種無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其包括:射頻收發(fā)器；傳感器外部連接；接收模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC ； 模擬信號多路復(fù)用器，其具有耦合到所述傳感器外部連接的第一輸入、耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸出的第二輸入及耦合到所述接收ADC的輸出；發(fā)射數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC，其耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸入；基帶信號解碼及編碼邏輯，其分別耦合到所述接收ADC的輸出及所述發(fā)射DAC的輸入;媒體接入控制MAC邏輯，其耦合到所述基帶信號解碼及編碼邏輯；通信接口，其耦合到所述MAC邏輯及多個外部連接中的一者；狀態(tài)機，其耦合到所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯、所述MAC邏輯及所述模擬信號多路復(fù)用器的控制輸入；及配置存儲裝置，其耦合到所述狀態(tài)機及所述多個外部連接中的另一者；其中所述狀態(tài)機使用存儲于所述配置存儲裝置中的配置信息來配置所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯及所述MAC邏輯的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其進(jìn)一步包括耦合到所述狀態(tài)機的計時器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其中所述配置存儲裝置選自由以下各項組成的群組:非易失性存儲器、可單次編程OTP存儲器及電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其中所述通信接口包含串行外圍接口SPI。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其中所述通信接口選自由以下各項組成的群組:集成電路間I2C接口，及通用異步接收器/發(fā)射器UART。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其中所述狀態(tài)機在于所述傳感器外部連接處檢測到信號時將所述射頻收發(fā)器從低功率休眠模式喚醒。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其中所述狀態(tài)機在從所述計時器斷言喚醒信號時將所述射頻收發(fā)器從低功率休眠模式喚醒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其進(jìn)一步包括所接收信號強度指示符模/數(shù)轉(zhuǎn)換器RSSI ADC。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其進(jìn)一步包括耦合于所述RSSIADC與另一傳感器外部連接之間的第二模擬信號多路復(fù)用器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其中配置數(shù)據(jù)存儲于所述配置存儲裝置中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其中所述配置數(shù)據(jù)選自由以下各項組成的群組中的一者或一者以上:信道頻率、數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)獲取周期、標(biāo)識及喚醒間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其進(jìn)一步包括中繼器功能，其中所述射頻收發(fā)器接收數(shù)據(jù)且接著重新發(fā)射所述所接收數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)獲取裝置，其進(jìn)一步包括耦合到所述多個外部連接中的又一者的所述狀態(tài)機的中斷輸入，其中當(dāng)在所述狀態(tài)機的所述中斷輸入處接收到中斷信號時，所述模擬信號多路復(fù)用器將所述傳感器外部連接耦合到所述接收ADC的所述輸入，所述接收ADC將來自所述傳感器外部連接的信號的樣本轉(zhuǎn)換為表示其的數(shù)字值，且接著所述射頻收發(fā)器發(fā)射所述數(shù)字值。
14.一種無線數(shù)據(jù)中繼器裝置，其包括:射頻收發(fā)器；接收模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，其耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸出；發(fā)射數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC，其耦合到所述射頻收發(fā)器的模擬輸入；基帶信號解碼及編碼邏輯，其分別耦合到所述接收ADC的輸出及所述發(fā)射DAC的輸入;媒體接入控制MAC邏輯，其耦合到所述基帶信號解碼及編碼邏輯；通信接口，其耦合到所述MAC邏輯及多個外部連接中的一者；狀態(tài)機，其耦合到所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯、所述MAC邏輯及所述模擬信號多路復(fù)用器的控制輸入；及配置存儲裝置，其耦合到所述狀態(tài)機及所述多個外部連接中的另一者；其中所述狀態(tài)機使用存儲于所述配置存儲裝置中的配置信息來配置所述射頻收發(fā)器、基帶信號解碼及編碼邏輯及所述MAC邏輯的操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線數(shù)據(jù)中繼器裝置，其中所述配置存儲裝置選自由以下各項組成的群組:非易失性存儲器、可單次編程OTP存儲器及電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線數(shù)據(jù)中繼器裝置，其中所述狀態(tài)機在接收到數(shù)據(jù)信號時將所述射頻收發(fā)器從低功率休眠模式喚醒，且接著所述射頻收發(fā)器重新發(fā)射所接收數(shù)據(jù)信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線數(shù)據(jù)中繼器裝置，其中配置數(shù)據(jù)存儲于所述配置存儲裝置中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的無線數(shù)據(jù)中繼器裝置，其中所述配置數(shù)據(jù)選自由以下各項組成的群組中的一者或一者以上:信道頻率、數(shù)據(jù)速率、標(biāo)識及喚醒間隔。
【文檔編號】H04W52/02GK103636265SQ201280032243
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月2日
【發(fā)明者】邁克爾·西蒙斯, 楊一峰, 史蒂文·R·拜布爾, 彼得·西爾韋斯特·克維奇 申請人:密克羅奇普技術(shù)公司