基于Agilent系列芯片的紅外通訊接口電路設(shè)計(jì)

    摘要：介紹了紅外通訊技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單描述了紅外通訊系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，并以Agilent HSDL7001、HSDL3201芯片為例，詳細(xì)敘述了紅外通訊接口電路的實(shí)現(xiàn)方法。

    關(guān)鍵詞：紅外通訊；IrDA；HSDL7001；HSDL3201

１ 紅外通訊技術(shù)簡(jiǎn)介

紅外數(shù)據(jù)通訊指的是兩臺(tái)設(shè)備之間通過紅外線進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N數(shù)據(jù)傳輸方式?一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長(zhǎng)在０．７５μｍ至２５μｍ之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（ＩｒＤＡ）成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通訊效果，將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長(zhǎng)的范圍限定在８５０ｎｍ至９００ｎｍ之間。紅外通訊的最大特點(diǎn)在于它替代了設(shè)備與設(shè)備之間傳統(tǒng)的線纜連接，進(jìn)而擺脫了不同平臺(tái)設(shè)備連接時(shí)對(duì)于特制接口的要求，使得跨平臺(tái)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換簡(jiǎn)單到只需彼此相對(duì)。

紅外通訊技術(shù)的特點(diǎn)如下：

●它是目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無(wú)線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺(tái)所支持；

●通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)；

●主要用來(lái)取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接；

●新的通訊標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通訊標(biāo)準(zhǔn)；

●小角度（３０°以內(nèi)）、短距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)；

    ●傳輸速率較高，目前４Ｍ速率的ＦＩＲ技術(shù)已被廣泛使用，１６Ｍ速率的ＶＦＩＲ技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。

紅外通訊技術(shù)的缺點(diǎn)如下?

●通訊距離短，通訊過程中不能移動(dòng)，遇障礙物通訊中斷；

●目前廣泛使用的ＳＩＲ標(biāo)準(zhǔn)通訊速率較低（１１５．２ｋｂｉｔ／ｓ）；

●主要用于取代線纜連接進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，功能單一，擴(kuò)展性差。

２　紅外通訊的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

為了建立一個(gè)統(tǒng)一的紅外數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)，１９９３年，由ＨＰ、ＣＯＭＰＡＱ、ＩＮＴＥＬ等二十多家公司成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ?ＩｒＤＡ?，一年以后，第一個(gè)ＩｒＤＡ的紅外數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，即Ｉｒ-ＤＡ１．０。

ＩｒＤＡ１．０簡(jiǎn)稱ＳＩＲ?Ｓｅｒｉａｌ ＩｎｆｒａＲｅｄ?，它是基于ＨＰ－ＳＩＲ的異步、半雙工紅外通訊方式。ＳＩＲ以系統(tǒng)的異步通訊收發(fā)器?ＵＡＲＴ?為依托，通過對(duì)串行數(shù)據(jù)脈沖的波形壓縮和對(duì)所接收光信號(hào)電脈沖的波形擴(kuò)展這一編碼解碼過程?３／１６ ＥｎＤｅｃ?實(shí)現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。由于受到ＵＡＲＴ通訊速率的限制，ＳＩＲ的最高通訊速率只有１１５．２Ｋｂｐｓ，即電腦串行端口的最高速率。

１９９６年，ＩｒＤＡ發(fā)布了ＩｒＤＡ１．１標(biāo)準(zhǔn)，即Ｆａｓｔ Ｉｎ-ｆｒａＲｅｄ，簡(jiǎn)稱ＦＩＲ。與ＳＩＲ相比，由于ＦＩＲ不再依托ＵＡＲＴ，其最高通訊速率有了質(zhì)的飛躍，可達(dá)４Ｍｂｐｓ。ＦＩＲ采用了全新的４ＰＰＭ調(diào)制解調(diào)?Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ?，即通過分析脈沖的相位來(lái)辨別所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，其通訊原理與ＳＩＲ是截然不同的，但由于ＦＩＲ在１１５．２Ｋｂｐｓ以下速率時(shí)依舊采用ＳＩＲ的編碼解碼過程，所以它仍可以與支持ＳＩＲ的低速設(shè)備進(jìn)行通訊，只有在通訊對(duì)方也支持ＦＩＲ時(shí)，才將通訊速率提升到更高水平。

ＩｒＤＡ１．２標(biāo)準(zhǔn)為低功耗的ＩｒＤＡ１．０標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已普遍應(yīng)用于手持設(shè)備。

隨著移動(dòng)計(jì)算設(shè)備和移動(dòng)通訊設(shè)備的日益普及，紅外數(shù)據(jù)通訊已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)發(fā)展的黃金時(shí)期。自１９９３年ＩｒＤＡ成立至今，紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的會(huì)員已經(jīng)發(fā)展到１５０多個(gè)，當(dāng)今在ＩＴ業(yè)和通訊業(yè)叱咤風(fēng)云的大公司幾乎都在其中，由此可見ＩＲＤＡ標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)獲得了業(yè)界的廣泛認(rèn)同和支持。目前已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)出來(lái)的具備紅外通訊能力的設(shè)備已有一百種之多，紅外模塊的年裝機(jī)量已達(dá)一億五千萬(wàn)套，并以每年４０％的速度高速增長(zhǎng)。盡管現(xiàn)在有了同樣用于近距離無(wú)線通訊的藍(lán)牙技術(shù)，但紅外通訊技術(shù)以其成本低廉和廣泛的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，勢(shì)必會(huì)在將來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)在近距離無(wú)線數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域扮演重要角色。

３　紅外通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖信號(hào)，再通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。

串行紅外傳輸采用特定的脈沖編碼標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)與ＲＳ２３２串行傳輸標(biāo)準(zhǔn)不同。若兩設(shè)備之間進(jìn)行串行紅外通訊，就需要進(jìn)行ＲＳ２３２編碼和ＩｒＤＡ編碼之間的轉(zhuǎn)換。紅外通訊接口由紅外收發(fā)器和紅外編碼解碼器構(gòu)成。

紅外收發(fā)器包括發(fā)送器和接收器兩部分。發(fā)送器（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）將從Ｉ／Ｏ或ＥＮＤＥＣ接收來(lái)的位調(diào)制后的脈沖轉(zhuǎn)換為紅外脈沖發(fā)出。接收器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）檢測(cè)到紅外光脈沖，并將其轉(zhuǎn)換為ＴＴＬ或ＣＭＯＳ電脈沖。紅外通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。４　紅外通訊接口電路

現(xiàn)以Ａｇｉｌｅｎｔ公司的ＨＳＤＬ７００１和ＨＳＤＬ３２０１芯片為例，詳細(xì)說(shuō)明紅外通訊接口電路的實(shí)現(xiàn)方法。

４．１ ＨＳＤＬ７００１芯片簡(jiǎn)介

ＨＳＤＬ７００１為紅外編碼解碼芯片?其特性如下：

●適應(yīng)ＩｒＤＡ１．０物理層規(guī)范；

●接口與ＳＩＲ收發(fā)器相兼容；

●可與標(biāo)準(zhǔn)的１６５５０ＵＡＲＴ連接使用；

●可發(fā)送／接收１．６３μｓ或３／１６脈沖形式；

●內(nèi)部或外部時(shí)鐘模式；

●波特率可編程；

●工作電壓范圍為２．７～５．５Ｖ；

●采用１６腳ＳＯＩＣ封裝。

ＨＳＤＬ７００１的引腳定義如圖２所示列。

４．２ ＨＳＤＬ－３２０１芯片簡(jiǎn)介

ＨＳＤＬ－３２０１是一種廉價(jià)的紅外收發(fā)器模塊，工作電壓為２．７～３．６Ｖ。由于發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流是內(nèi)部供給的恒流３２ｍＡ，因此確保了連接距離符合ＩｒＤＡ１．２（低功耗）物理層規(guī)范。

    ＨＳＤＬ－３２０１與ＩｒＤＡ１．２低功耗器件通信的連接距離為２０ｃｍ，與ＩｒＤＡ１．２標(biāo)準(zhǔn)器件通信的連接距離為３０ｃｍ。

ＨＳＤＬ－３２０１的特性如下：

●超小型表面封裝；

●最小高度：２．５ｍｍ；

●發(fā)光二極管電壓范圍２．７～６．０Ｖ；

●溫度范圍：－２５～８５℃；

●發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電流３２ｍＡ；

●邊緣檢測(cè)輸入：避免發(fā)光二極管的開啟時(shí)間過長(zhǎng)。

ＨＳＤＬ－３２０１的引腳定義如圖３所示。

４．３ 紅外通訊接口電路

基于ＨＳＤＬ７００１與ＨＳＤＬ３２０１的紅外通訊接口電路如圖４所示。其中ＴＴＬ電平或ＣＯＭＳ電平串行信號(hào)的發(fā)送與接收分別與Ｕ２?ＨＳＤＬ７００１?的引腳２、３相連。三路編碼接Ｕ２的引腳４、５、６，用來(lái)設(shè)置通訊波特率。Ｔ１為３．６８６４ＭＨｚ晶振。Ｃ３、Ｃ４為１５ｐＦ諧振電容。Ｒ１為１Ｍ諧振電阻。紅外收發(fā)器Ｕ１?ＨＳＤＬ３２０１?在每發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)的同時(shí)，會(huì)將該數(shù)據(jù)通過接收器數(shù)據(jù)輸出（引腳６）反饋進(jìn)行校驗(yàn)。這個(gè)校驗(yàn)碼對(duì)于某些通訊系統(tǒng)來(lái)講意義不大，因此可采用回饋碼消除電路來(lái)消除回饋校驗(yàn)碼。圖中Ｕ３是單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，與邏輯或門?Ｕ４?組合可達(dá)到消除回饋校驗(yàn)碼的目的。在單片機(jī)系統(tǒng)中，可以在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)將串口接收中斷關(guān)閉，這樣就可不受回饋校驗(yàn)碼的影響。如果需要啟用該回饋碼來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)，則可不用Ｕ３、Ｕ４，而直接將Ｕ２的引腳１０、１１與Ｕ１的引腳６、７相連。

圖4

    該電路可實(shí)現(xiàn)ＴＴＬ電平或ＣＯＭＳ電平的串行數(shù)據(jù)與ＩｒＤＡ１．２標(biāo)準(zhǔn)紅外信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)ＳＩＲ紅外通訊接口。

５　結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了紅外通訊技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)述了紅外通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并以ＨＳＤＬ７００１、ＨＳＤＬ３２０１芯片為例，詳細(xì)敘述了紅外通訊接口電路的實(shí)現(xiàn)。該紅外通訊接口電路基于低功耗ＩｒＤＡ１．２紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)，適用于所有低功耗設(shè)備（如便攜設(shè)備）的紅外通訊功能的實(shí)現(xiàn)。