发布时间:2023-04-19作者来源:hahabet甄选浏览:828
RSSI是Received Signal Strength Indicator(接收信号强度指示器)的缩写,用于测量接收到的信号强度。在低功耗蓝牙设备中,RSSI也具有重要的作用,主要体现在以下几个方面:
安全措施:在低功耗蓝牙设备中,通过RSSI的测量,可以检测到外部干扰或攻击信号,从而采取相应的安全措施,保护设备和用户的安全。
总之,RSSI在低功耗蓝牙设备中具有重要的作用,可以帮助实现距离测量、功耗控制、自动化控制和安全措施等功能,从而提高设备的性能和用户体验。
RSSI的测量是通过检测在蓝牙信道中的有效信号能量的大小,通过计算所得的数值来表示。
下图是一个当前低功耗蓝牙芯片中最常用的接收机的架构。在该架构中,最关键的模块是用高速零交叉(Zero Crossing)来实现信号的量化。
过零检测是一种常用的GFSK信号解调技术,它通过检测信号中连续的过零检测点来获取调制信息。具体而言,当GFSK信号的频偏较小时,信号的过零检测点会非常明显。通过在接收端设置一个阈值,检测到信号的过零检测点后,就可以判断信号的相位变化,并恢复出原始的调制信息。这种方法相对简单,对硬件的要求较低,因此在实际应用中被广泛采用。特别是在深亚微米的半导体集成电路工艺中,比如55nm以下的工艺中,由于晶体管的开关速度得到大大提升,这种方法可以大大降低芯片的成本和功耗,同时,充分可以利用更高密度的数字电路的运算能力。因而,成为低功耗蓝牙设计公司所采用的主流电路架构。然而在这种过零检测的电路结构中,比较难直接测量射频信号的RSSI值。因为过零检测是在基带信号上进行的,而基带信号已经经过了解调和低通滤波,射频信号的能量分布已经不同于原始的射频信号,难以直接测量射频信号的能量。因此在实现中,通常通过一些间接的方法来估计射频信号的能量和RSSI值。比如,图中所描述的用一个射频信号的带通滤波器,将射频信号限制在一个较窄的频带内,然后通过一个可调增益放大器将信号放大到一个合适的范围内,在此基础上,用一个低精度的ADC,用于估测射频信号的RSSI值。由于这种方法采用了可调增益放大器,其估算出来的RSSI值与实际的RSSI值之间的差异如下图。红色的是实际读取的RSSI值;黑线是理想的RSSI值。
不同于主流结构,巨微在自己的设计中,充分考虑到准确测量RSSI值的重要性,在接收端的低中频架构中,采用一种增强型接收信号强度指示器(Enhanced Received Signal Strength Indicator,简称E-RSSI)。该技术采用高精度的中频ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器)的方法,这种方法包括一个高精度复数域连续时间调制器(High resolution complex continuous sigma-delta modulator)和相应的滤波器。该结构具有以下优势:
GFSK解调与RSSI计算在同一时间点进行,测量准确,不受同频干扰影响。
在上述的设计基础上,整个接收端的RSSI的实际测量性能与理想性能的比较如如图。红色的是实际读取的RSSI值;黑线是理想的RSSI值。对比主流的RSSI测量性能,显然有明显的提升。
然而,集成复数模拟信号中频滤波器的高精度ADC并不是没有代价的。首先,它结构复杂,设计难度大,需要克服稳定性、工艺漂移等技术问题,需要设计人员有很好的理论基础和实践经验。同时,由于成本高,功耗偏大,不利于深亚微米集成。
E-RSSI的技术实现的射频,具有以下优点:
测量得到的RSSI值稳定,不会发生跳变。
以下是针对同一批次晶圆的不同芯片,做了相同输入的信号幅度,读取RSSI值的对比。从结果可以看出,对于相同设计的PCB和封装芯片,在相同的输入蓝牙信号的情况下,不同的芯片读出的RSSI值接近相同。
下图是对比上述三颗芯片的RSSI值读数与平均值的差异,结果可见:芯片之间的读数差异在±1左右,接近相同。
同时,巨微选取过去3年中,几批工艺参数不同的晶圆封装的芯片,其晶圆磨划、封装打线、测试模块形状和嵌入的系统程序都有较大差异。数据总结如下图。
由图中比较可见,不同的芯片,在RSSI值的变化斜率上接近相同,其差异在于天线、封装的不同设计,导致的信号衰减不一样。这代表利用E-RSSI技术,如果在产品端做出厂校准,最终产品可以完全实现RSSI值测量的可重复性和一致性。
下图是典型的利用RSSI和HID协议,在两轮车的无感解锁中的应用。在该应用中,当手机靠近两轮车时,嵌入在两轮车中的蓝牙模块通过读取接收到的手机发出的RSSI值,来判断手机距离的远近,从而决定是否开锁或关锁。
常用的系统操作流程如下:
关锁:当RSSI值小于预设的值,设备判断为距离足够远,并实施关锁动作。
在自动解锁应用中,以电瓶车为例,无感智能钥匙的体验需要:
手机兼容性好。
在巨微的E-RSSI方案中,以上都可以做到。
以下是两种典型的应用场景。
在汽车T-Box上的典型应用
MS1658完成定位锚点(Anchor)的功能;
在这种架构下,巨微的MS1682通过蓝牙与各个锚点芯片(Anchor-1、Anchor-2,...)建立连接,并根据RSSI的读数来计算手机与车体的实际距离。当手机接近或离开车体到设定值之后,启动解锁或关锁。
在两轮车解锁模块(报警器、仪表盘)的典型应用有[敏感词]两种典型形态。
用两个蓝牙芯片做锚点(anchor)来提升定位精度;其中一个锚点芯片视成本需求,可以省掉。
另一个MS1642做锚点,该芯片视成本需求,可以省掉。
巨微现有芯片中支持E-RSSI 的蓝牙MCU型号和特点:
在上述型号中,支持HID(应用于后台解锁)和OTA(应用于现场校准)功能的芯片,特别适合像接近无感解锁这样的应用场景。
同时,我们提供下列设计套件。
关于巨微
巨微集成电路是一家技术领先、拥有全面底层芯片技术的芯片设计公司,公司拥有行业资深人员组成的强大研发团队,设计与提供给市场高竞争力的通用无线芯片和无线MCU芯片和方案。巨微2014年7月成立于上海张江,公司办公总部和研发中心位于张江云飞大厦(长三角国家技术创新中心张江创新综合体)。巨微核心团队具备19 年+芯片研发/市场营销经验,拥有10亿级以上出货量的SOC/射频/模拟芯片领域研发专家。公司具备完整自主演进的芯片系统架构和核心IP,技术能力覆盖射频、模拟、SOC和系统软件的设计,公司创新的射频“薪火”架构通过软硬件协同计算,实现灵活而广泛的应用适配,赋能碎片化物联网应用。
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