罗姆高频元器件和模块技术系列一:全新推出920MHz频段、特定小功率无线通信模块

2013-01-08

前言
罗姆集团拥有各种无线通信技术,包括以无线LAN为首的Bluetooth、ZigBee,以及针对2012年7月份日本开放的920MHz频段的特定小功率无线等技术。
罗姆通过与集团旗下公司LAPIS Semiconductor的技术融合,具备从无线通信用IC到模块的产品优势,配合客户需求,为客户提供充分发挥各种通信规格的电波特性的通信IC与模块。尤其是无线通信用IC,利用LAPIS Semiconductor引以为豪的低功耗RF-CMOS注1技术和高性能MODEM注2技术,实现了业界最高水平的低功耗和无线性能,这也是该类产品的一大特征。

此次"高频元器件和模块技术系列"分为两期。本期为第一期,将从罗姆拥有的众多无线通信用IC、模块产品中推出"920MHz频段特定小功率无线通信模块"做重点介绍。第二期也将于近期推出,针对"无线LAN模块技术"进行介绍,敬请期待!

背景介绍
近年来,在各个领域中节能意识高涨,各国都在不断扩大有效利用能源方面的投入。其中,在住宅方面,对于设备之间通过网络连接进行电力供应与需求的监测,进而有效地控制设备的HEMS (Home Energy Management System)的关注度不断上升。为了使能源管理所需电力"可视化",经常使用智能触摸等的更高级能源管理、控制系统备受期待。
在这种背景下,2012年7月份日本开放了920 MHz频段,这是不容易干扰现有无线电波、低功耗且可进行长距离数据通信的电波频段。下方表1中汇总了2.4GHz频段的ZigBee与无线LAN,同样为特定小功率无线的400MHz频段和920MHz频段的特性。920MHz与使用ZigBee和无线LAN的2.4GHz相比,具有优异的电波耦合属性,因此即使在有墙壁以及障碍物的地方也可以确保稳定通信。在住宅中使用时,微波炉和无线鼠标等无线设备都使用2.4GHz,电波非常混杂。与此相比,920MHz频段不易发生电波干扰。另外,同样为特定小功率无线的400MHz频段的占有频段范围较窄,因此通信速度较慢。综上所述,可以说920MHz频段是最适合HEMS的频段(图1)。
另外,900MHz频段已经在美国、中国、韩国、澳大利亚使用,欧洲也在研究开放事宜等,该频段越来越成为世界共通使用的频段,预计未来市场前景广阔。

[表1] 无线性能比较
无线性能比较
[图1] 用于HEMS的无线方式比较
用于HEMS的无线方式比较

罗姆的920MHz频段特定小功率无线模块技术
<低功耗>
罗姆面向HEMS开发了920MHz频段特定小功率无线模块"BP3596"(图2)。该产品最大的特征是业界顶级低功耗,这是通过罗姆集团旗下LAPIS Semiconductor的以低功耗著称的无线通信IC"ML7396B"来实现的。可以内置于智能触摸产品和家电产品等各种设备,可构筑低功耗无线网络。对于传感器设备等这类设置场所较难供应AC电源的设备,"低功耗"是非常重要的。电池驱动类设备在更换电池方面所花的成本太大,因此10年左右无需更换电池的需求迫切。虽然电池容量不同,但罗姆的920MHz频段特定小功率无线模块具备卓越的低功耗性能,因此即使是电池驱动设备,无需更换电池也可使用10年。

<内置天线>
内置芯片天线,无需高频设计即可使用。当安装到金属外壳的设备中时,金属壳体起到屏蔽电波的作用,会导致无法通信。该产品内置天线连接器,只要将外置天线连接到天线连接器上即可确保通信。

<获得电波法认证>
已经获得日本国内电波法认证,因此,无需进行无线通信试验,装到整机中即可立即作为无线设备使用。没有高频电路设计能力和无线特性测量装置的客户也能轻松使用。

<序列号>
网络中使用的16位序列号标记于标签上。标签上还一同印有QR码,QR码中含有序列号信息。组装到整机中时,读取QR码输出标签,可轻松在壳体上标明序列号。

<已调整无线设定值>
模块中内置有EEPROM,不仅写入了序列号,还写入了输出功率的调整值等。因此无需进行无线设备的繁琐的调整即可使用。

[图2] BP3596外形尺寸图
BP3596外形尺寸图

<硬件的简单连接>
RF控制用微控制器与RFIC连接时,SPI(5pin)、EEPROM通过I2C(2pin)、GPIO连接。与RF控制用微控制器之间的接线图如图3所示。可见,用很少的布线数即可轻松连接。

[图3] RF控制用微控制器接线图
RF控制用微控制器接线图

<支持各国的电波频段>
900MHz频段有望成为可世界各国通用的频段。美国、中国、韩国、澳大利亚已经将900MHz频段作为无需申请的Sub-GHz频段,频率分配的国际协作已经取得进展。罗姆的BP3596通过调整模块,即可应对各国的电波频段(关于各国电波规格另行协商)。

BP3596的使用方法
<协议栈构成例>
BP3596是覆盖到物理层的模块。因此,在使用时,需要客户准备比MAC层更高级别的协议。用于家电时的协议栈构成例如图4所示。
满足ECHONET Lite的协议栈构成例如图4所示,是通过BP3596与微控制器板连接到整机中的。只要具备这样的协议栈,即可将HOST侧本体的变更控制在最小,从而安装920MHz频段特定小功率无线。当然,也可以采用直接存储于HOST的形式。

[图4] 协议栈构成例
协议栈构成例

<实现HEMS>
在实际住宅中使用的示意图如图5所示。该产品可实现HEMS的巨大作用即电力供给与需求的"可视化",以及"有效地控制"。在家中的各终端安装920MHz频段特定小功率无线模块,通过特定小功率无线实现网络化。它将各设备的电力供需情况信息集成于家庭网关注3(Home Gate Way),监测器画面显示供需情况,实现电力的"可视化",并通过家庭网关综合管理,有效控制设备。
不仅如此,还可以从家庭网关经由无线LAN,通过网络确认电力情况。

[图5] HEMS构成例
HEMS构成例

今后
罗姆充分利用已经量产的无线LAN模块(BP3591等)的技术积累,正在推进内置无线LAN和API互换协议栈的特定小功率无线模块的开发(图6)。以往进行过无线LAN开发的客户,使用该资源即可大大加快开发速度。

[图6] 关于协议栈内置型特定小功率无线模块的概念展望
关于协议栈内置型特定小功率无线模块的概念展望
(在近期即将发布的"系列二"中将为您重点介绍图中的无线LAN模块(BP3591/BP3580等)技术,敬请期待。)

今后,罗姆还会继续为客户提供更易用的模块,通过结合罗姆的传感器与920MHz频段特定小功率无线模块,开发出不仅节能,而且能够提供更便捷、更舒适、更安心、更安全生活的产品,为人类做出更多贡献。

注1: CMOS
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor),互补金属氧化物半导体,电压控制的一种放大器件,是组成CMOS数字集成电路的基本单元。
注2: MODEM
调制解调器的英文名称。调制器和解调器合在一起的总称。
注3: 家庭网关
家庭网关是一种设备,可以利用单一Internet连接将多个计算机连接到Internet上。客户机依靠家庭网关来提供Internet访问。
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