飛思卡爾半導體ZigBee技術(shù)

飛思卡爾半導體公司提供符合IEEE(r) 802.15.4標準、支持ZigBeeTM技術(shù)的完整平臺解決方案。飛思卡爾為用戶(hù)提供一站式商店，包括射頻收發(fā)器、MCU、傳感器、MAC軟件、Z-Stack ZigBee軟件和靈活的開(kāi)發(fā)工具套件，從而使無(wú)線(xiàn)技術(shù)變得簡(jiǎn)單。實(shí)際上，任何需要較長(cháng)電池壽命和聯(lián)網(wǎng)功能的低數據速率、監視控制或自動(dòng)應用，都能從基于IEEE802.15.4標準和ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)連接解決方案中受益。

使無(wú)線(xiàn)技術(shù)變得簡(jiǎn)單
IEEE 802.15.4標準是一個(gè)用于輕量級無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的簡(jiǎn)單分組數據協(xié)議，對MAC和PHY聯(lián)網(wǎng)層進(jìn)行了規定。ZigBee技術(shù)充分利用了IEEE802.15.4標準，并增加了邏輯網(wǎng)絡(luò )、安全性和應用軟件。ZigBee技術(shù)提供了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)星形、集群樹(shù)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構，可以實(shí)現大區域網(wǎng)絡(luò )覆蓋和可擴展網(wǎng)絡(luò )，避免單點(diǎn)故障?，F在客戶(hù)不必使用復雜的、高成本的、延長(cháng)設計時(shí)間的專(zhuān)用解決方案，而可以使用基于標準的解決方案，例如ZigBee技術(shù)。
因為ZigBee技術(shù)符合行業(yè)標準，因而它提供了互操作性，使不同廠(chǎng)商之間的設備能夠進(jìn)行通信，并為系統集成商和客戶(hù)提供靈活的購買(mǎi)選擇。ZigBee技術(shù)采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)構建和重新建模，提供了簡(jiǎn)單易用且經(jīng)濟高效的方法。而且，憑借ZigBee技術(shù)的低功耗特性，這些電池供電的網(wǎng)絡(luò )可以延長(cháng)運行時(shí)間。
除了提供新功能以外，ZigBee技術(shù)還可以降低原始設備廠(chǎng)商（OEM）的成本，由于典型的目標應用通常只使用一個(gè)MCU，因而只需很低的成本，即可為MCU增加更多的在座空間，以供MAC和ZigBee技術(shù)使用。飛思卡爾2.4GHz的MC13192射頻收發(fā)器數據調制解調器能夠在全球使用，無(wú)需為各個(gè)市場(chǎng)或地區重新設計和驗證一種產(chǎn)品。

實(shí)現不受地點(diǎn)限制的連接

圖1  工業(yè)產(chǎn)品的ZigBeeTM示例
ZigBee技術(shù)提供簡(jiǎn)單、經(jīng)濟高效的低功耗無(wú)線(xiàn)連接，可以滿(mǎn)足很多市場(chǎng)的需求，包括工業(yè)和家庭監控、控制和自動(dòng)化、保健診斷。
在工業(yè)領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)有助于改進(jìn)公共設施和能源管理、物流和庫存追蹤、安全性和訪(fǎng)問(wèn)控制。它也能夠跟蹤其它系統，實(shí)現預防性維護和性能監控。除了地震檢測器、傾角計、機器人和安全系統以外，它還適用于許多其它應用。

飛思卡爾憑借在手機技術(shù)領(lǐng)域的地位、在射頻半導體工藝方面的廣泛知識，提供了符合IEEE 802.15.4標準的MC13192射頻數據調制解調器。這種功能豐富的雙向2.4GHz收發(fā)器帶有一個(gè)數據調制解調器，可在ZigBee技術(shù)應用中使用。它還具有一個(gè)優(yōu)化的數字核心，有助于降低MCU處理功率，縮短執行周期。4個(gè)定時(shí)比較器使用一個(gè)性能較低、價(jià)格低廉的MCU，從而能夠降低成本。廣泛的中斷維修服務(wù)使軟件開(kāi)發(fā)更具靈活性。PF IC和MCU之間使用串行外圍接口（ISP）連接，從而使用戶(hù)能夠使用飛思卡爾龐大產(chǎn)品系列中的任何一種MCU。連接質(zhì)量和電源檢測可為組網(wǎng)和維護提供必要的數據。MC13192提供的特性包括：
◆ 根據IEEE 802.15.4標準設計，采用ZigBee技術(shù)
◆ 全頻譜編碼和譯碼
◆ 經(jīng)濟高效的CMOS設計幾乎不需要外部組件
◆ 可編程的時(shí)鐘，供基帶MCU使用
◆ 標準的4線(xiàn)SPI（以4MHz或更高頻率運行）
◆ 擴展的范圍性能（使用外部低噪音放大器功率放大器）
◆ 可編程的輸出功率，通常為0 dB
◆ 超低功率模式
◆ 7條GPIO線(xiàn)路

微控制器和其它應用領(lǐng)域
射頻收發(fā)器只是ZigBee-ready技術(shù)平臺解決方案的一個(gè)組件。處理設備（例如MCU或DSP）必須集成IEEE802.15.4MAC和ZigBee軟件，才能構成完整的解決方案。在這種情況下，飛思卡爾提供全面的、符合標準的ZigBee-ready解決方案、必需的組合組件、大量微處理器系列和開(kāi)發(fā)工具。飛思卡爾已經(jīng)推出了HCS08系列的低電壓、低功率微處理器，旨在將MC13192應用于ZigBee技術(shù)應用中。這些經(jīng)濟高效的高8位MCU可以擴展電池高壽命、提供高性能并將外圍設備和存儲器集成在一起。它們包括：
◆ MC9S08GB32
◆ MC9S08GB60
◆ MC9S08GT16
◆ MC9S08GB60
對于需要更高性能的應用，可使用其它處理器系列，包括ColdFire處理器、i.MX應用處理器、56800/E混合控制器和PowerQUICC集成通信處理器（包括PowerPC核）。

圖2  家庭和診斷產(chǎn)品的ZigBeeTM示例
運用ZigBee技術(shù)的家庭消費性產(chǎn)品包括：帶有照明和HVAC控制設備的家庭自動(dòng)化系統、安全系統、百葉窗控制及遙控器、以及用于機頂盒和其它娛樂(lè )設備的遠程控制。帶有附件接口的消費產(chǎn)品可在售后增加ZigBee功能，例如掌上電腦或筆記本電腦中的緊湊型閃存或PCMCIA插槽。醫療保健市場(chǎng)也能從ZigBee技術(shù)中獲利。健康跟蹤設備（例如步程計和心率監控器）是典型的目標應用。使用一種無(wú)線(xiàn)組件，引入了無(wú)線(xiàn)控制后，在運動(dòng)醫學(xué)和物理療法中使用的設備可以提高移動(dòng)性。

圖3  飛思卡爾ZigBeeTM-Ready平臺解決方案傳感器應用的框圖示例

傳感器
飛思卡爾開(kāi)發(fā)了一系列兼容ZigBee技術(shù)的傳感器。使用有線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )的客戶(hù)能夠在他們的應用中輕松采用飛思卡爾的與ZigBee技術(shù)兼容的加速和壓力傳感器。這些傳感器基于微機電系統（MEMS）技術(shù)，使用標準的OEM硬件接口客戶(hù)能夠在多種飛思卡爾傳感器解決方案中進(jìn)行選擇這些產(chǎn)品采用了MMA系列加速計、MPX系列壓力傳感器、MC系列離子和煙霧傳感器集成電路。

MAC層軟件
飛思卡爾開(kāi)發(fā)了IEEE 802.15.4 MAC軟件，作為ZigBee-ready平臺解決方案的一部分。它符合標準，體積遠比BluetoothTM技術(shù)平臺小巧。因此，IEEE 802.15.4技術(shù)對微控制器的片上存儲空間要求更小，對更小功率的要求較低。它的一些主要特性如下：
◆ 可支持對等的、星狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )拓撲
◆ 可支持可選的上層Z-Stack ZigBee
◆ 省電模式（休眠、應用可配置）
◆ 安全性
◆ 載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突避免（CSMA-CA）通道訪(fǎng)問(wèn)
◆ 可選的帶信標的超級幀結構
◆ 有保證的時(shí)間槽（GTS）機制