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专有的多媒体射频遥控器的技术实现

2010-09-17 14:23
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  二十世纪七十年代末,红外线被创新性地用来控制消费类电子产品,解决了较昂贵的超声波遥控装置在可靠性、遥控范围和复杂性方面的所有问题(这也是超声波遥控器一直努力解决的问题)。实事证明,红外遥控技术的确是如此之好,因为三十年之后,我们仍然使用红外线来控制销往世界各地的大部分消费电子产品。

  但是红外遥控的耐久性也是它日渐衰落的原因。在诞生初期,红外线被设计用来实现了一些简单的功能,例如调节音量或者切换电视频道等。人们从来就没有想过用它来应付现代消费电子产品需要的多媒体、多菜单、多功能。

  消费者们已经可以使用数量庞大的数字内容,包括几十个有线电视频道、储存在机顶盒硬盘上的视频节目、存放在个人电脑中的音乐和照片,或者存放在远程服务器上的视频电影。将来,内容将通过互联网、局域网或者数字生活网络联盟(DLNA)连接来传送,而不是通过老式广播网络连接。为了迅速、方便地获得数字内容,需要使用遥控器操作的先进导航接口,例如触摸屏、触摸垫、运动传感器、跟踪球或操纵杆。

  只有通过射频链路实现的功能,访问这些内容方才实际可行。现在还没有迹象说明红外遥控器会很快消失──对于只需要简单地“点和点击”操作而言,价钱便宜的红外遥控器仍然是最好的解决办法。但是,消费者需要先进的导航功能,因而射频技术是天生的红外技术接替者。

  有好几种射频技术(现在已经上市,或者即将投入市场)在射频市场上竞争。这些技术分为两类,一类是专有技术,例如Nordic半导体公司的产品;另一类是标准技术,例如蓝牙低功耗和RF4CE(RF4CE是在IEEE802.15.4媒体存取控制/物理(MAC/PHY)层的基础上发展起来的)。

  射频:多媒体时代的遥控技术

  就遥控而言,射频并不是新技术。例如,在1903年,Leonardo Torres Quevedo在巴黎科学院发表了他的“Telekino”,后来在法国、西班牙、英国和美国获得专利权。Telekino包括一个遥控机器人,它执行通过无线电传来的命令。

  但是红外线成了控制电视机的首选(后来也逐渐成了遥控大多数其他家用电器的首选),因为它简单、低廉而且可靠性高。但是,随着现代消费电子产品的功能增多,红外遥控的弊端日益突出。其中最大的一个弊端也许就是刷新率(重复一个命令所用的时间)比较慢,例如,滚动电子节目指南(EPG)上的节目名单所需的时间较长。在最好的情况下,大约是75毫秒,但在特殊的情况下,如果存在光线干扰,会延长到110毫秒或者更长。

  由于刷新速度慢,所以不能将遥控滚轮、跟踪垫或者跟踪球集成到红外遥控器中(这就是红外遥控器往往有很多按钮的原因)。这导致消费电子产品制造商在产品的用户界面(UI)没有太多作为,也是它们仍然只有基本的功能且对用户不是特别友好的原因。

  相比之下,现代的2.4GHz短距离无线电信号收发器的刷新率大约是几个毫秒。无线鼠标要求刷新率为8到16毫秒,是这项技术的一个很好例子,它利用低延迟的优势对无线指令迅速、平稳地作出反应。

  事实上,更近一步的分析显示,遥控器需要的射频技术,射频在2.4GHz无线鼠标器和键盘中已经使用了多年。为了让遥控器能够支持先进的导航,需要低延迟无线连接(以便迅速地对用户的输入作出响应)、数据完整性(先进的协议保证这点)、低功耗(这样的遥控器可能比传统的遥控器更积极地得到使用),这些要求与无线台式电脑的要求是一致的。

  消费电子制造商利用准确无误的导航可以从根本上改变产品的用户界面(UI)。苹果公司的iPod上的滚轮是平稳进行菜单导航和控制音频和视频文件的一个好例子,尽管这不是管理大量内容的唯一方法。利用射频技术,遥控器制造商同样能够把有数十个按键的遥控器,变成一个具有漂亮界面的精巧控制器。

  由于峰值电流不是很大,而且99.995%的时间是处在占空比低的闲置状态(在每天按键大约五十次的使用状况下),所以红外遥控器消耗的功率很少,一对AA电池可以用上很多个月。

  现代的2.4GHz收发器——不论是使用专有技术的收发器、蓝牙低功耗技术的收发器,还是符合IEEE802.15.4标准的收发器——可以很容易提供这样的电气性能。这些收发器只在很短时间里发送数据,然后尽快回到超低功耗的睡眠模式。传输时的峰值电流为几十毫安,持续时间只有几百微秒,大部份时间处于消耗电流仅1微安的睡眠状态,因此遥控器的平均电流在微安范围内。这种方法非常省电,足以保证典型的射频遥控器的电池寿命,和它们要取而代之的红外线遥控器一样(或者更好)。

  射频的其他优势不是很明显,但随着消费电子产品的发展,会变得更加重要。举例来说,今天的用户一般是坐在电视机前面,这样当他们想扫描电子节目指南时,可确保与电视机之间的视距遥控,并要求位于短距离范围内。不难想象,在将来,有些方面会有改变。如果要从一个房间里的“媒体中心”把节目内容送往家里的不同的房间,用户只需要在房间角落里操作一个遥控器(它的遥控范围为数十米)。射频技术就能够做到这些。

  对于现代多媒体应用,虽然射频遥控器是更好的选择,但是什么技术是最好的选择,并不是那么一目了然。设计人员可以选择专有解决方案,例如经过实际证明的Nordic公司的2.4GHz收发器,或者像蓝牙低功耗或者RF4CE这些能互操作的解决方案。

  专有的射频解决方案

  从简单操作的空调机的射频遥控器,到控制多媒体消费产品的射频遥控器,专有收发器可以为之提供可靠且可缩短开发时间的的办法。专有收发器仅仅是与它们自己通讯,可以把它们设计成专门满足具体终端应用的要求(而基于标准的规范则必须设计成在一个广泛的应用范围里具有互操作性,这不可避免地带来的种种折衷),因此专有解决方案已经进入了射频遥控器领域。

  此外,专有解决方案的更新比标准技术频繁,标准技术往往“冻结”几年都不会改变,直至更新版本正式被接受才得以改变。因此,在无线链路的关键参数方面,专有技术产品超过所有的标准方案。

  例如,Nordic的nRF24LE1是2.4GHz的高斯频移键控(GFSK)单片收发器,它在一个4mm×4mm芯片上,集成了一个收发器内核和一个含闪存的8位混合信号微控制器,是久经考验的专有收发器硬件,适合用于射频遥控器。(图1所示的射频遥控器参考设计采用了nRF24xxx)。

  图1:采用nRF24xxx的射频遥控器参考设计。

  图1:采用nRF24xxx的射频遥控器参考设计。

 

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