1GHz以下的非授權(quán)ISM頻帶為消費電子和工業(yè)產(chǎn)品所廣泛使用。這些產(chǎn)品涉及家庭安全、家庭自動化、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程感應(yīng)、自動抄表、電動玩具、氣象站和無線天氣鐘等諸多應(yīng)用，而它們都將更長距離、低系統(tǒng)成本和長電池壽命視為關(guān)鍵參數(shù)。相對于2.4GHz，這些頻率下的傳輸特性更優(yōu)異，因此具備更低電流損耗的sub-GHz頻帶具備更長的有效距離。另外，sub-GHz頻率對于微波、Wi-Fi和藍(lán)牙是無干擾的，也使它們比2.4GHz具有更高的穩(wěn)健度。

為該市場設(shè)計收發(fā)器所面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是如何有效處理高性能與低成本和低功耗之間的不一致。EZRadioPRO系列產(chǎn)品則是出于這樣的初衷而設(shè)計的，對于相應(yīng)競爭產(chǎn)品而言，其在系統(tǒng)BOM成本、電流損耗以及有效距離/鏈路預(yù)算(link budget)方面具有優(yōu)勢。

其在信道選擇濾波器、調(diào)制格式、帶寬優(yōu)化和數(shù)據(jù)包處理特性等方面也具備高度的可配置性和靈活性。這種高級別的可配置性使芯片能更好地適應(yīng)廣大的應(yīng)用領(lǐng)域。

有效距離和鏈路預(yù)算

有效距離由可獲得的鏈路預(yù)算和接收天線與發(fā)送天線之間的路徑損耗所決定。而鏈路預(yù)算則由到接收器和發(fā)送器天線的總增益減去接收機靈敏度來決定。盡管sub-GHz具備諸多優(yōu)勢，但多徑衰落和干擾仍會使距離受到限制。

多徑衰落由接收到的多向發(fā)送信號引起，而這些多向信號則通常是因為受到金屬物體反射，從而導(dǎo)致信號在接收天線出現(xiàn)對消或衰減。防止多徑衰落的一個常用方法是使用天線分集，其在多徑衰落環(huán)境下一般可提升8-10dB的鏈路預(yù)算。

EZRadioPRO無需外部PA(功率放大器)或LNA(低噪音放大器)則可以使任何ISM頻帶收發(fā)器獲得最遠(yuǎn)發(fā)射距離，而通過諸如輸出功率達+20dBm的PA、低噪聲和高線性接收前端、靈敏的高性能數(shù)字GFSK/FSK/OOK調(diào)制解調(diào)和全集成的天線分集算法等來防止多徑衰落的影響，也可使鏈路預(yù)算大為改善。

EZRadioPRO目前是無線傳感器市場里唯一能提供完全集成的+20dBm PA或天線分集算法的解決方案。+20dBm的高效PA需要抑制Tx電流損耗以避免對電池壽命造成較大影響。E類PA設(shè)計通常還能同時具備低功耗和高輸出功率。使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝能解決幾個電路設(shè)計的問題，而結(jié)合優(yōu)化的版圖還可以獲得高效的輸出功率。

EZRadioPRO的輸出功率和效率在同類產(chǎn)品中占優(yōu)，而其對適用于跳頻和數(shù)字調(diào)制的FCC規(guī)范第15.247部分所指定的那些高功率ISM應(yīng)用而言是一個突破。

功率損耗

市面上大量應(yīng)用是采用電池驅(qū)動的，因此電流損耗成為選擇設(shè)備的一個關(guān)鍵參數(shù)。具有最小電流損耗的深度睡眠模式能使電池壽命延長幾年。在ISM收發(fā)器領(lǐng)域，EZRadioPRO產(chǎn)品的最低深度睡眠模式(10nA)比市面上的所有解決方案都少10倍以上的電流損耗。

大多數(shù)應(yīng)用會使用大量的時間來搜查和輪詢信號，因此接收器的電流損耗成為該收發(fā)器的另一個關(guān)鍵參數(shù)。在很多應(yīng)用里，具備最小電流損耗的低頻率時鐘通常用于維護不同節(jié)點間的定時。而EZRadioPRO產(chǎn)品線具有一個32kHz的RC振蕩器、一個32kHz晶振和傳感器控制，所有這些的電流損耗都非常小，因而能夠提供多種靈活的低功率模式。

低成本

EZRadioPRO是出于降低系統(tǒng)成本的初衷而開發(fā)的。很多應(yīng)用的外部元件數(shù)量能夠左右BOM成本。為了達到更長的有效距離，系統(tǒng)通常會選用超過1美元的外部PA，而EZRadioPRO完全集成的+20dBm PA則可顯著減少系統(tǒng)成本。即使應(yīng)用不需要+20dBm時，相對市面上的+10dBm集成PA而言，該芯片的額外輸出功率也可以為小型的低成本低EIRP天線提供補償，而能夠以更低的成本獲得相同的有效距離。

強大的數(shù)據(jù)包處理器使采用低成本MCU成為可能。另外，集成自動頻率校準(zhǔn)(AFC)功能允許使用廉價的具有不嚴(yán)格頻率容差的晶振。為支持多樣的潛在應(yīng)用，其他完全集成進該RFIC的還包括溫度傳感器、低電池容量檢測器、通用ADC和穩(wěn)壓器。由于該芯片具有高度線性前端與數(shù)字信道選擇濾波器，所以免除了在接收路徑上使用專用SAW濾波器的必要，而SAW濾波器在其他ISM接收器中是很常見的。

許多方案采用一個外部SAW濾波器來滿足寄生參數(shù)性能方面的要求，但這顯著提升了BOM成本。EZRadioPRO無需外部SAW濾波器，轉(zhuǎn)而使用少量的通用無源元件(電感和電容)來執(zhí)行所需的濾波和匹配。另外的幾個集成功能也使系統(tǒng)成本大為減少，包括帶可編程閾值的低電池容量檢測器、通用8位ADC、帶可編程定時功能的溫度傳感器、超低功耗喚醒定時器以及用于周期性自動接收掃描的低占空比模式等。三個GPIO引腳則可用于天線分集、可編程時鐘輸出、中斷輸入以及有效數(shù)據(jù)包輸出等不同應(yīng)用。

EZRadioPRO設(shè)計

為了能在低電流損耗情況下提供優(yōu)越性能，必須謹(jǐn)慎選擇架構(gòu)和模塊設(shè)計。該收發(fā)器的架構(gòu)如圖所示。

EZRadioPRO收發(fā)器的架構(gòu)
EZRadioPRO的接收器架構(gòu)是為了獲得高靈敏度和高抗擾性而專門優(yōu)化的。對于窄帶應(yīng)用，無需使用外部LNA其靈敏度就可提高至-120dBm，而獲取70dB的抗擾性能也無需使用外部射頻預(yù)選濾波器。通過優(yōu)化LNA、正交混波器、PGA(可編程增益放大器)和ADC的模擬設(shè)計可獲得高度靈敏性，而信道靈敏度和調(diào)制解調(diào)器靈敏度則可以在數(shù)字域里面完成。

這樣的分隔可使性能、功耗和系統(tǒng)成本達到最大優(yōu)化。LNA、正交混波器和PGA都在低噪聲特性、高動態(tài)范圍和低功耗方面進行了優(yōu)化。通過利用LNA和PGA的幾個增益級，動態(tài)范圍得到了擴展。這些增益級為AGC(自動增益控制)電路所控制，并且將RSSI(無線信號強度指示器)的范圍擴展至120dB。

數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的主要功能包括信道選擇濾波、調(diào)制、解調(diào)、AGC、AFC(自動頻率控制)、天線分集算法以及包處理等。信道選擇濾波器、調(diào)制和解調(diào)模塊是可編程的，以能覆蓋多種應(yīng)用。其中，信道選擇濾波器可編程的帶寬范圍為2.6kHz-620kHz，以支持窄帶和寬帶ISM應(yīng)用，并能支持GFSK、FSK和OOK三種調(diào)制方式。

數(shù)據(jù)率也是可編程的，其范圍是1kbps-128kbps。同樣，可編程的GFSK/FSK偏差為625Hz-320kHz。集成的高斯濾波器可減少邊帶散發(fā)以滿足眾多的調(diào)整需求。數(shù)字RSSI具有0.5dB分辨率，而帶可編程閾值的載波偵聽功能則可以支持CCA(空閑信道評估)和LBT(先聽后發(fā))應(yīng)用。AFC電路補償了由各石英晶體容差所引起的頻率誤差。這就允許使用更加廉價的具有較大頻率容差的晶振。

由于擁有穩(wěn)健的數(shù)據(jù)包采集算法，接收器只需少于8位的前同步碼就能進行判決。OOK模式可結(jié)合高達620kHz的信道濾波器帶寬來應(yīng)付傳輸信號的大頻率誤差，以兼容低成本發(fā)送器。嵌入式天線分集功能是EZRadioPRO芯片的獨特功能，這是低成本ISM收發(fā)器設(shè)計的一個突破。如果使用兩個天線，天線分集算法將會自動選擇信號接收能力較強的那個天線。