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中國的公路不停車收費(ETC)系統應用市場越來越大，為了促進ETC應用的快速發展和成熟，國家相關部門開展了高速公路聯網不停車收費的試點工程，比如，京津翼地區和長三角地區，所以對車載單元(OBU)的需求量也隨之大幅增加。 目前市場上應用的OBU多數是通過分立元器件設計實現的，存在一致性、穩定性和可靠性的問題。博通(BEKEN)集成電路于2010年年初推出用于ETC系統的射頻收發器芯片BK5822，是目前世界上唯一一款集成了包括接收、發射和喚醒在內的全部射頻功能的國標ETC收發器，其性能指標完全符合國家標準GB/T 20851.1-2007和GB/T 20851.2-2007。BK5822設計實現的OBU完全解決了上述問題，批量生產的OBU具有一致性以及穩定可靠性。 與應用分立元器件設計實現的OBU方案相比，BK5822僅需少量外部器件，最大程度上節約了PCB面積和外圍器件的成本，縮短了研發周期，提高產品生產的成品率，BK5822集成了OBU所需的全部射頻功能模塊，使設計更為簡單，研發調試更容易，量產的OBU產品性能更穩定。 基本技術特性 BK5822射頻收發器內部集成了完整的射頻收發和調制解調功能，并嵌入了數據幀處理功能，進行FM0的編解碼。同時BK5822還集成了喚醒電路，能 夠在電流很低的睡眠狀態被喚醒，滿足了ETC OBU在睡眠狀態超低功耗的要求。BK5822采用了常用的小尺寸28pin 5mm×5mm QFN封裝(圖1)，加上簡單的外圍應用電路，大大減小了在PCB上所占用的空間，從而節省了成本。 圖1： BK5822 5mm×5mm QFN封裝芯片 BK5822射頻收發器的基本特性如下：工作頻段5.7GHz~5.85GHz;能夠同時接收5.83GHz和5.84GHz兩個信道的信號;數據速率：上行512kbps，下行256kbps;輸出功率為2dBm(傳導);接收鏈路集成了AGC功能，能動態調整接收鏈路的增益;接收靈敏度達-60dBm;ASK調制方式，FM0編解碼;內置喚醒電路，喚醒靈敏度為-42dBm;發射功耗為40mA;接收功耗為35mA;支持2.6V到3.6V的電源電壓;睡眠狀態的電流為13μA;最高8MHz的4線SPI接口。 主要功能模塊 BK5822全部集成了ETC OBU的各射頻功能模塊，圖2為BK5822射頻收發器內部的系統框圖，下面結合圖2對各功能模塊進行簡要的描述。 圖2： BK5822射頻收發器內部的系統框圖 發射模塊(請做粗宋)：對于發射有四種常用的工作模式，分別為發射單載波信號、發射正常burst信號、發射PN9連續信號、發射全“0”數據信號。發 射正常Burst信號，用戶只需向發射的FIFO中直接寫入所需要發射的數據，BK5822檢測到FIFO中有數據后，打開發射相關電路，將數據調制到載 波上，發送出去，數據發送結束后，發射相關電路關閉，進入待機狀態。其它三種工作模式用于測試模式，完成射頻性能的測試。發射的調制深度是可調的，由數據調制前的Ramp決定;發射功率也是可調控的，通過相應寄存器的設置來實現，功率的調節范圍可達到22dB。 接收模塊(請做粗宋)：接收機采用低中頻結構，在下變頻后的Rx Filter 是一個中間頻率在5MHz的帶通濾波器。當使BK5822進入接收狀態，并且BK5822接收到數據包結束標志后，便自動將Rx關閉，同時中斷引腳發出接 收中斷，BK5822進入待機狀態，直到FIFO里面的數據被讀空，或者清除接收中斷后，接收才重新打開以等待接收數據。如果BK5822沒有接收到數據 包結束標志，將一直處于接收狀態，此時如果要退出接收狀態進入待機狀態，需要通過相應寄存器設置強制關閉接收模塊。為了對BK5822接收的信號進行更好 的解調和解碼，BK5822內部集成了一個AGC(自動增益控制)，實現接收鏈路增益的自動調節。 喚醒模塊(請做粗宋)：對14KHz方波進行檢測，檢測到N個方波后，BK5822給出喚醒中斷信號。這里的N可由用戶設定，范圍是1~16。BK5822內部集成了帶通的鑒頻器，實現10KHz~20KHz范圍內的方波能夠產生喚醒中斷，大大減小了誤喚醒的概率。 系統應用分析 應用BK5822設計ETC OBU，電路實現方面十分簡單，圖3是應用BK5822設計ETC OBU的系統框圖。從圖可看出，整個OBU系統主要有兩顆芯片，一個是主控芯片MCU， 另一個是射頻收發器BK5822。BK5822的外圍應用器件很少，一顆是32.768MHz的晶振，其它主要是匹配電路應用的無源器件。發射、接收和喚 醒部分的匹配電路均采用單端輸出和輸入的結構，便于研發調試和外圍器件的成本控制。接收和發射共用一個微波天線，通過一個PIN微波二極管來控制收發的切 換。微波天線具有圓極化的特性，方向性較強，應用普通PCB板材實現的PCB板上印制微波天線，大幅降低了成本。 圖3： 應用BK5822實現的ETC OBU系統框圖。 主控MCU通過SPI來控制射頻收發器BK5822，從而實現整個OBU的功能。BK5822提供一個最高速率可達8MHz的SPI接口，它由四根信號線組成，分別為MOSI、MISO、CLK和CSN。通過SPI接口，用戶通過讀寫寄存器的方式進行數據傳輸和控制。 實際應用BK5822實現的OBU，在程序初始化后，一般來說，只是通過兩個中斷信號觸發MCU之后，才與BK5822進行數據傳輸。一個中斷信號為喚 醒中斷，另一個為IRQ中斷。IRQ的中斷信號在接收到數據或發射完數據后產生。具體MCU和BK5822的交互流程圖如圖4所示。 圖4： MCU和BK5822交互流程圖 |
