飛思卡爾半導體ZigBee技術

飛思卡爾半導體公司提供符合IEEE(r) 802.15.4標準、支持ZigBeeTM技術的完整平臺解決方案。飛思卡爾為用戶提供一站式商店，包括射頻收發(fā)器、MCU、傳感器、MAC軟件、Z-Stack ZigBee軟件和靈活的開發(fā)工具套件，從而使無線技術變得簡單。實際上，任何需要較長電池壽命和聯(lián)網(wǎng)功能的低數(shù)據(jù)速率、監(jiān)視控制或自動應用，都能從基于IEEE802.15.4標準和ZigBee技術的無線連接解決方案中受益。

使無線技術變得簡單
IEEE 802.15.4標準是一個用于輕量級無線網(wǎng)絡的簡單分組數(shù)據(jù)協(xié)議，對MAC和PHY聯(lián)網(wǎng)層進行了規(guī)定。ZigBee技術充分利用了IEEE802.15.4標準，并增加了邏輯網(wǎng)絡、安全性和應用軟件。ZigBee技術提供了靜態(tài)和動態(tài)星形、集群樹和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)大區(qū)域網(wǎng)絡覆蓋和可擴展網(wǎng)絡，避免單點故障?，F(xiàn)在客戶不必使用復雜的、高成本的、延長設計時間的專用解決方案，而可以使用基于標準的解決方案，例如ZigBee技術。
因為ZigBee技術符合行業(yè)標準，因而它提供了互操作性，使不同廠商之間的設備能夠進行通信，并為系統(tǒng)集成商和客戶提供靈活的購買選擇。ZigBee技術采用無線技術構(gòu)建和重新建模，提供了簡單易用且經(jīng)濟高效的方法。而且，憑借ZigBee技術的低功耗特性，這些電池供電的網(wǎng)絡可以延長運行時間。
除了提供新功能以外，ZigBee技術還可以降低原始設備廠商（OEM）的成本，由于典型的目標應用通常只使用一個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技術使用。飛思卡爾2.4GHz的MC13192射頻收發(fā)器數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器能夠在全球使用，無需為各個市場或地區(qū)重新設計和驗證一種產(chǎn)品。

實現(xiàn)不受地點限制的連接

圖1  工業(yè)產(chǎn)品的ZigBeeTM示例
ZigBee技術提供簡單、經(jīng)濟高效的低功耗無線連接，可以滿足很多市場的需求，包括工業(yè)和家庭監(jiān)控、控制和自動化、保健診斷。
在工業(yè)領域，ZigBee技術有助于改進公共設施和能源管理、物流和庫存追蹤、安全性和訪問控制。它也能夠跟蹤其它系統(tǒng)，實現(xiàn)預防性維護和性能監(jiān)控。除了地震檢測器、傾角計、機器人和安全系統(tǒng)以外，它還適用于許多其它應用。

飛思卡爾憑借在手機技術領域的地位、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(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器。這種功能豐富的雙向2.4GHz收發(fā)器帶有一個數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，可在ZigBee技術應用中使用。它還具有一個優(yōu)化的數(shù)字核心，有助于降低MCU處理功率，縮短執(zhí)行周期。4個定時比較器使用一個性能較低、價格低廉的MCU，從而能夠降低成本。廣泛的中斷維修服務使軟件開發(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(shù)據(jù)。MC13192提供的特性包括：
◆ 根據(jù)IEEE 802.15.4標準設計，采用ZigBee技術
◆ 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
◆ 可編程的時鐘，供基帶MCU使用
◆ 標準的4線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線路

微控制器和其它應用領域
射頻收發(fā)器只是ZigBee-ready技術平臺解決方案的一個組件。處理設備（例如MCU或DSP）必須集成IEEE802.15.4MAC和ZigBee軟件，才能構(gòu)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化系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、百葉窗控制及遙控器、以及用于機頂盒和其它娛樂設備的遠程控制。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(yī)療保健市場也能從ZigBee技術中獲利。健康跟蹤設備（例如步程計和心率監(jiān)控器）是典型的目標應用。使用一種無線組件，引入了無線控制后，在運動醫(yī)學和物理療法中使用的設備可以提高移動性。

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
飛思卡爾開發(fā)了一系列兼容ZigBee技術的傳感器。使用有線控制網(wǎng)絡的客戶能夠在他們的應用中輕松采用飛思卡爾的與ZigBee技術兼容的加速和壓力傳感器。這些傳感器基于微機電系統(tǒng)（MEMS）技術，使用標準的OEM硬件接口客戶能夠在多種飛思卡爾傳感器解決方案中進行選擇這些產(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技術平臺小巧。因此，IEEE 802.15.4技術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
◆ 載波偵聽多點接入/沖突避免（CSMA-CA）通道訪問
◆ 可選的帶信標的超級幀結(jié)構(gòu)
◆ 有保證的時間槽（GTS）機制