基于MC13213的单芯片ZigBee平台的物理层协议研究与实现

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ZigBee芯片厂家对比

ZigBee芯片厂家对比2008年04月12日星期六10:27 一、ZigBee无线技术一鸣惊人ZigBee是一种崭新的，专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。

也是目前嵌入式应用的一个大热点。

ZigBee的特点主要有以下几个方面：1 低功耗。

在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长。

这是ZigBee的突出优势。

相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

2 低成本。

通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB 代码，而且ZigBee免协议专利费。

3 低速率。

ZigBee工作在250kbps的通讯速率，满足低速率传输数据的应用需求。

4 近距离。

传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3km。

这指的是相邻节点间的距离。

如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

5 短时延。

ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。

相比较，蓝牙需要3~10 s、WiFi需要3 s。

6 高容量。

ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

7 高安全。

ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。

8 免执照频段。

采用直接序列扩频在工业科学医疗2.4GHz(全球) (ISM)频段。

ZigBee在2004年推出2004（Z igBee 1.0）的基础上，年前又推出了功能更加强大的ZigBee 2006协议栈，增加了Z igBee PRO扩展指令集，功能更加强大。

电信院导师研究方向

需要参与实验测试
《光通信原理与技术》
32
胡海峰
副教授
（1）于遨波，15349127 （2）邢宋隆，15350061 （3）张穗安，15349137 《概率论》、《计算机视觉》《数字图像处理》、《模式识别（4）陈志鸿，15305009 》；（5）麦思杰，15350048 （6）徐凯昕，15343087 （7）孙健哲，14304141
《数字电路与逻辑设计》《数字集成电路设计》
9
夏明华
教授
确保在实验室有足够的工作时间；认真负责，积极主动；保研或者考研的同学优先。
《数值计算方法》，《概率论与数理统计》
10
孙伟
教授
1、安全数据空间构建技术及其应用； 2、信息伪装处理编码及FPGA设计与实现； 3、基于Linux+ARM的安全通信系统设计与开发； 4、安全传输协议在网络通信中的应用研究； 5、基于面向对象聚类的协同过滤推荐算法及其系统实现； 6、基于TensorFlow的仿人脑安全软件代码智能生成技术研究及其应用。
对学生有何要求
主讲课程
1
戴宪华
教授
《数字通信系统》
2
刘星成
教授
《通信原理》；《无线通信原理》；《现代数字信号处理》
3
龙云亮
教授
1、基于PE的电波传播数值仿真及应用； 2、基于FDTD的电波传播数值仿真及应用； 3、移动通信终端天线设计。
《微波技术与天线》
4
马争鸣
教授
1，HSIC正则的流形学习 2，Grassmann流形上的字典学习 3，基于核学习的域自适应学习 4，流形学习的多项式逼近
《微电子学导论》、《半导体物理》
13
陈军

zigbee解决方案比较

Zigbee 解决方案总结一．非开源协议栈1.freescale 解决方案协议栈种类：1.1 802.15.4标准mac1.2 SMAC1.3 SynkroRF1.4 ZigBee RF4CE1.5 ZigBee 2007最简单的就是SMAC，是面向最简单的点对点应用的，不涉及网络的概念；其次是IEEE802.15.4，一般用来组建简单的星型网络，而且提供了源代码，可以清楚地看到网络连接的每个步骤，分别调用了哪些函数；BeeStack（符合zigbee 2007）是提供的最复杂的协议栈，但是看不到代码，它提供给你一些封装好的函数，比如创建网络函数，你直接调用它，协调器就把网络创建好了，终端节点调用它则寻找可以加入的ZigBee网络并尝试加入。

其中硬件平台可以为下面中的任一种：MC13202 （2.4 GHz射频收发器）MC13213 （2.4 GHz射频收发器和带60K闪存的8位MCU）MC13224V （2.4 GHz平台级封装(PIP) –带有128KB闪存、96KB RAM、80KB ROM的32位TDMI ARM7处理器）MC13233 （带有HCS08 MCU的2.4 GHz片上系统）MC13202没有自带mcu，在做应用时，需要用户在自己的扩展板上加上mcu，既需要实现对外围设备的底层控制，也需要实现协议栈。

下面的几种均有自带mcu，协议栈的实现在自带的mcu 上实现，功能较简单的可直接使用片上的mcu资源进行控制；功能复杂的应用，最好协议栈实现与外围控制分开，大多数应用都选择arm芯片作为控制芯片；详细信息可以查看/products/rf/ZigBee.asp 2.microchip 解决方案协议栈种类：ZigBee® Smart Energy Profile (SEP) SuiteZigBee® PROZigBee® RF4CE均是一整套的协议集，价格不菲；硬件平台:Pic18(mcu)+MRF24J40（2.4GHZ 射频收发器）+天线与freescale 的mc13202相似，MRF24J40也只是射频收发器，不包含mcu，协议栈的实现需要借助于外围的mcu,当然微芯公司选择的是pic18及以上的芯片作为其主控mcu，通过spi接口与MRF24J40通信，查询其寄存器的状态，实现协议栈功能。

Freescale MC13213 ZigBee 解决方案

Freescale MC13213 ZigBee 解决方案关键词:无线通信,无线宽带,ZigBee,摘要:Freescale 的MC1321x 系列是第二代ZigBee 平台,在9x9x1mm 71 引脚LGA 封装中集成了低功耗低功耗的2.4GHz RF 收发器收发器和8 位微控制器微控制器.MC13213 器件具有60KB 的闪存.MC1321x 解决方案能在简单的点对点连接到完整的ZigBee 网状网络中用作无线连接.小占位面积封装中的无线电收发器和微控制器的组合使它成为成本效益的解决方案.MC1321x 中的RF 收发器工作在2.4GHz ISM 频段,和802.15.4 标准兼容.收发器包括低噪音放大器,1mW 输出功率,带VCO 的功率放大器(PA),集成的发送/接收开关,板内的电源稳压器以及完全的扩展频谱的编码和译码. MC1321x 中的微控制器是基于HCS08 系列微控制器单元(MCU),HCS08 A 版本,高达60KB 的闪存和4KB 的RAM.Freescale 的MC1321x 系列是第二代ZigBee 平台,在9x9x1mm 71 引脚LGA 封装中集成了低功耗的2.4GHz RF 收发器和8 位微控制器.MC13213 器件具有60KB 的闪存.MC1321x解决方案能在简单的点对点连接到完整的ZigBee 网状网络中用作无线连接.小占位面积封装中的无线电收发器和微控制器的组合使它成为成本效益的解决方案.MC1321x 中的RF 收发器工作在 2.4GHz ISM 频段,和802.15.4 标准兼容.收发器包括低噪音放大器低噪音放大器,1mW输出功率,带VCO的功率放大器(PA),集成的发送/接收开关,板内的电源稳压器电源稳压器以及完全的扩展频谱的编码和译码. MC1321x 中的微控制器是基于HCS08 系列微控制器单元(MCU),HCS08 A版本,高达60KB 的闪存和4KB 的RAM.本文介绍了MC13213 的主要性能,以及MC1321x与其中的MCU,RF Modem 的方框图.此外,还提供了两种评估板的电路图.Freescale MC13213: 2.4GHz RF transceiver and 8-bit MCU with 60K of Flash for ZigBeeapplicationsThe MC1321x family is Freescale’s second-generation ZigBee platform whichincorporates a low power 2.4GHz radio frequency transceiver and an 8-bitmicrocontroller into a single 9x9x1 mm 71-pin LGA package. The MC1321x solutioncan be used for wireless applications from simple proprietary point-to-pointconnectivity to a complete ZigBee mesh network. The combination of the radio and amicrocontroller in a small footprint package allows for a cost-effective solution.The MC1321x contains an RF transceiver which is an 802.15.4 Standard compliantradio that operates in the 2.4 GHz ISM frequency band. The transceiver includes alow noise amplifier, 1mW nominal output power, PA with internal voltage controlledoscillator (VCO), integrated transmit/receive switch, on-board power supplyregulation, and full spread-spectrum encoding and decoding.Figure 1. MC1321x 系统级方框图The MC1321x also contains a microcontroller based on the HCS08 Family ofMicrocontroller Units (MCU), specifically the HCS08 Version A, and can provide upto 60KB of flash memory and 4KB of RAM. The onboard MCU allows thecommunications stack and also the application to reside on the samesystem-in-package (SIP). The MC1321x family is organized as follows:. The MC13211 has 16KB of flash and 1KB of RAM and is an ideal solution for lowcost, proprietary applications that require wireless point-to-point or star networkconnectivity. The MC13211 combined with the Freescale Simple MAC (SMAC)provides the foundation for proprietary applications by supplying the necessary sourcecode and application examples to get users started on implementing wirelessconnectivity.. The MC13212 contains 32K of flash and 2KB of RAMand is intended for use withthe Freescale fully compliant 802.15.4 MAC. Custom networks based on the 802.15.4Standard MAC can be implemented to fit user needs. The 802.15.4 Standard supportsstar, mesh and cluster tree topologies as well as beaconed networks.. The MC13213 contains 60K of flash and 4KB of RAM and is also intended for usewith the Freescale fully compliant 802.15.4 MAC where larger memory is required.In addition, this device can support ZigBee 2006 applications that use Freescale’sBeeStack.应用范围:Applications include, but are not limited to, the following:. Residential and commercial automation—Lighting control—Security—Access control— Heating, ventilation, air-conditioning (HVAC)— Automated meter reading (AMR). Industrial Control—Asset tracking and monitoring—Homeland security—Process management—Environmental monitoring and control—HVAC—Automated meter reading. Health Care—Patient monitoring—Fitness monitoring. Consumer— Human interface devices (keyboard, mice, etc.)— Remote control—Wireless toys通用平台特性:. 802.15.4 Standard compliant on-chip transceiver/modem— 2.4GHz—16 selectable channels—Programmable output power. Multiple power saving modes. 2V to 3.4V operating voltage with on-chip voltage regulators. -40°C to +85°C temperature range.Low external component count. Supports single 16 MHz crystal clock source operation or dual crystal operation. Support for SMAC, 802.15.4 Standard, and ZigBee software. 9mm x 9mm x 1mm 71-pin LGA微控制器特性:. Low voltage MCU with 40 MHz low power HCS08 CPU core. Up to 60K flash memory with block protection and security and 4K RAM—MC13211: 16KB Flash, 1KB RAM— MC13212: 32KB Flash, 2KB RAM— MC13213: 60KB Flash, 4KB RAM. Low power modes (Wait plus Stop2 and Stop3 modes). Dedicated serial peripheral interface (SPI) connected internally to 802.15.4 modem. One 4-channel and one 1-channel 16-bit timer/pulse width modulator (TPM) modulewith selectable input capture, output capture, and PWM capability.. 8-bit port keyboard interrupt (KBI). 8-channel 8-10-bit ADC. Two independent serial communication interfaces (SCI). Multiple clock source options—Internal clock generator (ICG) with 243 kHz oscillator that has +/-0.2% trimmingresolution and +/-0.5% deviation across voltage.—Startup oscillator of approximately 8 MHz—External crystal or resonator—External source from modem clock for very high accuracy source or systemlow-cost option. Inter-integrated circuit (IIC) interface.. In-circuit debug and flash programming available via on-chip background debugmodule (BDM)—Two comparator and 9 trigger modes—Eight deep FIFO for storing change-of-flow addresses and event-only data— Tag and force breakpoints— In-circuit debugging with single breakpoint. System protection features—Programmable low voltage interrupt (LVI)—Optional watchdog timer (COP)—Illegal opcode detection. Up to 32 MCU GPIO with programmable pullupsRF调制解调器特性:. Fully compliant 802.15.4 Standard transceiver supports 250 kbps O-QPSK data in5.0 MHz channels and full spread-spectrum encode and decode. Operates on one of 16 selectable channels in the 2.4 GHz ISM band. -1 dBm to 0 dBm nominal output power, programmable from -27 dBm to +3 dBmtypical. Receive sensitivity ofthan the 802.15.4 Standard of -85 dBm. Integrated transmit/receive switch. Dual PA ouput pairs which can be programmed for full differential single-port ordual-port operation that supports an external LNA and/or PA.. Three low power modes for increased battery life. Programmable frequency clock output for use by MCU. Onboard trim capability for 16 MHz crystal reference oscillator eliminates need forexternal variable capacitors and allows for automated production frequencycalibration. Four internal timer comparators available to supplement MCU timer resources. Supports both packet data mode and streaming data mode. Seven GPIO to supplement MCU GPIOMC13213 802.15.4标准调制解调器方框图软件特性:Freescale provides a wide range of software functionality to complement the MC1321xhardware. There are three levels of application solutions:Simple MACSmall memory footprint (Supports point-to-point and star network configurationsANSI C source code IEEE 802.15.4 compliant MACSupports star, mesh and cluster tree topologiesSupports beaconed and non-beaconed networksSupports guaranteed time slots (GTS) for predicable latency128-bit Asymmetric Encryption Standard (AES)Object Code BeeStack ZigBee Protocol StackZigBee 2006 Complian PlatformObject Code下面是13213-NCB 网络协调板的外形图和电路图:13213-NCB 电路图(2 of 2)下面是13213-SRB 传感器参考板外形图和电路图:13213-SRB 电路图。

一种基于音频信道传输数字定位数据的设计

一种基于音频信道传输数字定位数据的设计徐辉;张津舟;黄永辉;李咪咪【摘要】In order to satisfy the requirement of transmission of digital positioning data via the analog audio channel, a feasible design is introduced in this paper, including software design and hardware design. The hardware design includes positioning data receiver, signal processing module and wireless communication module. The signal processing module is composed of microcontroller unit STM8L151G4, operational amplifier chip OPA2277 and voltage regulator chip SN74LS132N. The software design includes the design of forwarding positioning data and the design of signal transformation. In the transmission process, the noise can cause error codes. The design tries to solve this problem from hardware and software, to ensure the accuracy of signal transmission. The experiment shows that the design can reduce the error rate significantly, and improve the communication quality of transmission of digital signal in the analog channel.%为了实现数字定位数据在模拟音频信道中传输，提出一种可行的设计方案，并实现软硬件设计。

ZigBee无线传感器网络的路由机制

ZigBee无线传感器网络的路由机制
徐小涛;孙少兰;熊华;田铖
【期刊名称】《数据通信》
【年(卷),期】2009(0)3
【摘要】ZigBee是近年来应用比较热门的一种无线传感器网络技术,文章以IEEE 802.15.4标准为依据,以ZigBee数据结构为基础,分析了ZigBee路由协议的发展,介绍了ZigBee路由的建立与维护,对ZigBee无线传感器网络的构建具有实践指导意义.
【总页数】4页(P19-22)
【作者】徐小涛;孙少兰;熊华;田铖
【作者单位】通信指挥学院,武汉430010;通信指挥学院,武汉430010;通信指挥学院,武汉430010;武汉军械士官学校,武汉430000
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.智能配电网ZigBee无线传感器网络路由机制研究 [J], 阚凤龙;徐自文;吕九一
2.Zigbee无线传感器网络路由算法研究与OPNET仿真 [J], 刘勇
3.基于无线传感器网络的ZigBee路由协议分析 [J], 朱一兰;李红信
4.基于ZigBee技术的无线传感器网络路由算法的性能分析 [J], 关学忠;张新城;孟伸伸
5.基于无线传感器网络的ZigBee路由协议分析 [J], 朱一兰;李红信
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基于ZigBee技术的无线智能家居系统研究与设计

用．０，：５５２９８５－６０
络的请求信号，则给发送请求信号的终端节点回复信息，然后将该终端节点加入所管辖的网络范围内，并分配相应的网络地址。如果所收到的信号是终端节点发送过来的监测数据，则在给终端节点发送数据的确认信号之后，就要对数据进行识别和处理，并在规定的
进入到了一种空闲状态。终端节点会定期地从空闲状态中醒来，对相关的环境信息进行监测，将其监测过程中所采集到的数据通过无线发射模块发送给与其相联的汇聚节点，如果收到汇聚节点发过来
的确认信息，则表明数据发送成功，之后终端节点将再次进入空闲
先要进行初始化，初始化所完成的工作类似与上面的汇聚节点，然
后终端节点开始不断的发出请求信号，要求加入到某个汇聚节点所
创建的网络，只要终端节点成功加入网络，就停止发送请求加入网
络的报文，并得到一个汇聚节点分配给它的网络地址，之后节点就
采集。若数据发送不成功，点会再次采集数据并发送给汇聚节点，节直到发送成功为止。
三、结束语
和其它短距离通信技术比较，ＺｇｅｉＢｅ技术具有明显的优势，其近距离、低成本、低功耗、低速率等特点更加适合于家庭组网的特
点。本文提出了一套用ＺｇｅｉＢｅ技术实现智能家居系统的设计方案，
３推行媒体通识教育。．鉴于媒体素养教育的重要性以及有效扩散其广泛影响，应该将其作成为高校大学生人文素质教育的一部分，作为通识教育来推行。

计算机网络原理物理层习题

路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
仅从数据链路层观察帧的流动
H2
应用层
应用层
运输层
R1
R2
R3
运输层
网络层帧网络层
帧
网络层帧
网络层帧
网络层
链路层
链路层
链路层
链路层
链路层
物理层
物理层
物理层
物理层
物理层
链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点。
数据链路层
河南科技专修学院杨献忠
问题的引入：为什么需要数据链路层？
DTE
DCE
DCE
DCE
DTE
尽管物理层采取了一些必要的措施来减少信号传输过程中的噪声，但是数据在物理传输过程中仍然可能损坏或丢失。
由于物理层只关心原始比特流的传送，不考虑也不可能考虑所传输信号的意义和信息的结构，从而物理层不可能识别或判断数据在传输过程中是否出现了损坏或丢失，从而也谈不上采取什么方法进行补救。
CRC-12=x12+x11+x3+x2+x1+1
CRC16= x16+x15+x2+1
CRC-CCITT=x16+x12+x5+1
CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12 +X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1
CRC只能实现无过失承受，不能使数据链路层变成具有“可靠传输〞的功能。

ZigBee模块通信实现(电路介绍与程序分析)

ZigBee模块通信实现(电路介绍与程序分析) 产品名：ZigBee模块型号：ZICM2410 PO-2参数：* 103db链路预算；* 接收灵敏度：-97dbm@ 1.5V* 发送功率：+6dbm@1.5V* 3000英尺无障碍传输距离* 最低睡眠电流：<1μA* 工作电压：2.1~3.3V* 接收电流：35mA* 发送电流：44mA* 速率：ZigBee (250 kbps)、Turbo(500kbps)、Premium (1 Mbps)* 接口类型：SPI(主从)、UART（2路）、I2S/PCM支持语音传送：语音编解码器支持u律、a律、ADPCM16条射频通道传送范围：3000英尺= 914.4米支持AES128位加密ZICM2410 支持的数据通信接口：UART0\UART1(1M)、I2S、SPI(2M)、GPIO、AD（4路）、IIS描述：Zigbee网络基于IEEE 802.15.4国际标准、上层协议为ZigBee协议栈，具有低功耗，低速率，高可靠性，网络路由功能强大，自恢复及冗余性能优异等特点，广泛应用低数据率监控的各个领域。

ZigBee 物理连接：ZigBee 模块是通过串口的形式与微处理器通讯，在LPC11C14 开发板这里是通过 SC16IS752IPW 芯片转成 SPI 协议与微处理器通讯。

ZigBee 模块（ZICM2410 PO-2） <------串口----->SC16IS752IPW 芯片<------SPI-----> LC11C14（ARM M0内核）从原理图可以看出，ZigBee模块的RXD\TXD接在了SC16IS752IPW芯片的RXB\TXB上，而该芯片的CS\SI\SO\SCLK接在LPC11C14的PIO2_0\PIO2_1\PIO2_2\PIO2_3\PIO3_3上。

说明LPC11C14主控芯片是通过SPI间接与ZigBee模块通讯，所以我们只需要关注SC16IS752IPW芯片即可，往该芯片发送数据，ZigBee自然也能收到数据。

zigbee_MAC_NWK_Layers网络层物理层简介 ppt课件

zigbee_MAC_NWK_Layers网络层物理层简介
MAC Layer
分层结构
MAC层
Medium Access Control，即介质访问控制子层。与逻辑链路控制LLC组成数据链路层。
负责把物理层的“0”、“1”比特流组
建成帧；提供对共享介质的访问方法；分配MAC地址。
802.15.4的MAC层
3.3 IEEE 802.15.4 MAC Layer 3.4 The Zigbee NMK Layer
zigbee_MAC_NWK_Layers网络层物理层简介
姓名：宋杭科学号：14720950
IEEE 802.15.4 MAC Layer
1. 分层结构与功能 2. 基于超帧的mac层通信 3. MAC帧结构
➢ 每个GTS由若干个时槽组成，时槽数目在设备申请GTS时指定。
zigbee_MAC_NWK_Layers网络层物理层简介
MAC Layer
各类帧结构
➢ 帧类型：
IEEE 802.15.4网络共定义了四种类型的帧：信标帧，数据帧，确认帧和MAC 命令帧。
➢ 帧结构设计目标：
用最低复杂度实现在多噪声无线信道环境下的可靠数据传输。
zigbee_MAC_Nayer
超帧
信道竞争周期:
➢ CSMA-CA访问机制：载波侦听多路访问／冲突避免；you can you up, no can you wait ; 信标使能，同步网络，基于时槽slot；非使能，非同步网络，随机时间（无CFP无协调器，类似ad-hoc）
➢ 通用结构：
由帧头（ MAC header (MHR) ）、负载（ MAC payload ）和帧尾（ MAC footer (MFR) ）三部分组成。

基于ZigBee技术的智能电子信息系统设计

基于ZigBee技术的智能电子信息系统设计摘要：传统的智能家居系统一般是有线的方式来组建的，如X-10，日本的家庭总线（HomeBus），欧洲标准安装总线(EIB)和BatiBus，美国Echelon公司的LonWorks，HP公司的IRDACONTRAL等。

其中X10是智能型家庭网络系统中被广泛采用的技术，主要是因为价格便宜及部分消费者可自行装设。

以上各种技术都分别对应于不同的应用场合，一些技术发展已经相对比较成熟，但普遍还存在以下缺点：（1）基于有线方案，布线麻烦，增减设备需要重新布线，而且影响美观；（2）标准不统一，智能家居内部设备的通信和控制没有一个国际上统一的通信接口标准，家居设备在家庭内部的编码方式随便混乱；（3）对PC的依赖，传统的智能家居系统中的家电需要依靠家庭内部PC，否则家庭内部的管理就无法进行，无论是升级和维护都不方便。

关键词：人工智能技术；ZigBee技术；电子信息系统；智能系统；通信引言面对日渐加快的生活节奏和压力，越来越多的人追求智能化生活模式。

以此为背景出现了部分智能电子信息系统，如智能家居系统和智能停车场系统等。

本文以智能家居系统为例，结合ZigBee技术，实现了智能电子信息系统的设计。

从该系统的总体架构上来看，ZigBee技术和系统的有效结合，能够促进智能家居系统的性能和节能效果得到有效提升。

进而如何有效将ZigBee技术和智能家居系统两者进行结合，成为当前技术人员所需要解决的问题。

1人工智能及ZigBee技术概述ZigBee组网技术ZigBee无线通信技术以IEEE802.15.4协议栈为标准，使用频段为2.4GHz，数据传输速率约250Kbps，有效组网距离为100~2000米，且支持点对点、星型、链状以及网状等多种组网形式，它具有成本低、功耗低、多节点和网络性能稳定等特征。

ZigBee无线通信网络组建包含的主要设备有路由器，协调器和多个终端设备，建网过程可分为，一是以协调器为中心建立无线通信网络，二是节点申请加入控制网络进行通信。

zigbee发展史

ZigBee技术的发展史一、ZigBee的起源及技术简介蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。

借此意义ZigBee作为新一代无线通讯技术的命名。

在此之前ZigBee也被称为“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，目前统称为ZigBee。

简单的说，ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。

ZigBee数传模块类似于移动网络基站。

通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。

而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币。

每个ZigBee 网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。

除此之外，每一个ZigBee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。

二、ZigBee的发展1、IEEE 802.15.4标准的提出最近几年来，由于无线接入技术的需求日益增大，以及数据交换业务（如因特网、电子邮件、数据文件传输等）不断增加，无线通信和无线网络均呈现出指数增加的趋势。

这有力的推动力无线通信向高速通信方向的发展。

然而，工业、农业、车载电子系统、家用网络、医疗传感器和伺服执行机构等都是无线通信还未涉足或者刚刚涉足的领域。

2.4GHz无线传输芯片

BK2411是由博通（BEKEN）推出的一款国产 2.4G无线收发芯片，和nRF24L01硬件引脚兼容，软件上和nRF24L01也是基本相同，可以说是nRF24L01的国产纺织品，针对工业控制、门禁、考勤、监控、安防等行业应用特点推出。

BK2411采用QFN-20封装，其尺寸为4*4mm。

2.4GHz全球开放ISM频段免许可证使用，其FSK调制使其灵敏度更好，GFSK调制使其频率更有效率，拥有1Mbps或者2Mbps的空中数据传送速率。

BK2411的可编程输出功率有：-35，-25，-15，-5，0，5dBm。

在0dBm的输出功率下，发送模式消耗14mA的功耗，在1Mbps的数据传送速率下，接受模式消耗21mA的功耗。

它具有自动数据处理功能，适合于1:6星形网络的6数据通道，供应电压为 1.9V到 3.6V。

在POWERDOWN模式下为3uA的直流电流，在standby-I模式下为410uA直流电流。

UM2455是一款低成本，高集成度的2.4GHz无线收发芯片，主要应用于低功耗的无线传输，针对ISM频段(2.405 – 2.4835GHz)的短距离通讯以及控制。

芯片采用先进的0.18 RFCMOS工艺，内部集成接收机、发射机、频率合成器、DSSS基带、MAC调制解调器。

DSSS调制解调器支持O – QPSK调制方式，传输速率250Kbps 或625Kbps可选。

UM2455底层硬件支持收发数据缓冲（TX/RX FIFO）, 防碰撞机制（CSMA-CA）, 加密机制（Security engine）, MAC 功能, 空闲信道评估（Clear Channel Assessment）, 链路质量指示（link quality indication）, 外部MCU或寄存器睡眠唤醒.。

其灵敏度为-92dBm。

MCU可通过SPI口控制UM2455工作参数以及128字节发送接收FIFOs。

外围电路简单，只需搭配MCU以及少数外围被动器件。

一种高速高宽带主从式采样保持电路

一种高速高宽带主从式采样保持电路丁浩;王建业;刘伟;熊永忠【摘要】基于0.13μm SiGe BiCM OS工艺设计并实现了一种新型高速高宽带主从式采样保持电路.该电路采用PM OS源极跟随器作输入级实现了直流耦合,使得低频、低偏置电压信号也可以被正常采样.采用Cherry-Hooper放大器将带宽提升至18 GHz.通过主从式采样结构和交叉耦合电容消除了信号馈通,使用互补三极管抵消了时钟馈通的影响,将无杂散动态范围控制在33～38 dB.对比结果表明,这种设计方案在带宽方面具有较大的优势,并且具有较高的采样率.【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】6页(P123-128)【关键词】高速高宽带;主从式采样;采样保持电路;信号馈通;时钟馈通;模数转换器【作者】丁浩;王建业;刘伟;熊永忠【作者单位】空军工程大学研究生院,陕西西安710000;成都聚利中宇科技有限公司,四川成都610200;空军工程大学研究生院,陕西西安710000;成都聚利中宇科技有限公司,四川成都610200;成都聚利中宇科技有限公司,四川成都610200【正文语种】中文【中图分类】TN432模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)是连接模拟世界与数字系统的桥梁．受通信高频化和软件无线电等技术的驱动，ADC呈现向高速方向发展[1-3]．采样保持放大器(Sample-and-Hold Amplifier，SHA)是高速ADC中最关键的部分．SHA通常放在ADC之前，在较短时间里完成采样一个模拟输入电压值的任务，把该电压值保持足够长的时间，由ADC在这段时间里完成量化和编码操作．SHA使得信号在转换阶段保持不变，削弱了时钟抖动/信号偏斜的影响，降低了ADC的设计难度．SHA设计的好坏将直接影响到整个ADC的最高采样率和带宽[4-9]．文中基于锗硅双极型互补金属氧化物半导体(SiGe Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor，SiGe BiCMOS)工艺，设计了一种新型高速高宽带主从式采样保持电路，解决了单级采样保持电路只能在半个周期内保持信号的问题，同时提升了带宽，降低了信号馈通．1 电路结构分析文中设计的电路结构如图1所示．该电路包括主级(Master)和从级(Slave)两级．它们均由输入缓冲器、采样核心电路和输出缓冲器组成．输入缓冲器用于隔离输入信号与采样电容，设计时需要考虑带宽与线性度;采样核心电路由采样电容、采样开关和控制电路组成，其性能受到时钟馈通和电荷注入效应的影响; 输出缓冲器用于驱动后级电路，同时隔离后级电路与采样电容，保证采样精度．时钟缓冲器控制Master级与Slave级交替进行采样．Master级的跟踪(Track)信号对应Slave级的保持(Hold)信号，Master级的Hold信号对应Slave级的Track信号，即当Master级进行采样时，Slave级处于保持状态，Master的采样不影响最终的输出信号;当Master处于保持状态时，Slave级进入采样状态，它对Master保持的信号进行采样输出．由此可见，与单级采样保持电路相比，主从式采样保持电路在一个时钟周期内的输出都可以保持不变[4]．图1 主从式采样保持电路结构图在主从式采样结构中，Master与Slave可以分开设计．Master级主要用于提升采样带宽，Slave级用于提高隔离度，降低馈通．Master与Slave的串联使用，既可以保证带宽，又可以实现降低馈通的目的．两者的电路结构基本相同，只是考虑到信号馈通量与采样电容值成反比，Slave的采样电容值要大于Master的．2 电路设计2.1 输入缓冲器信号的耦合方式有交流(Alternating Current，AC)耦合和直流(Direct Current，DC)耦合．虽然交流耦合可以实现静态工作点的独立调节，但这一方面增大了芯片面积，另一方面使输入信号无法覆盖低频范围，故文中采用DC耦合．若选用N 沟道金属氧化物半导体(N-channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS)晶体管，由于其阈值电压为正，只有在 VGS> VTH时才能正常工作，则偏置电压较低的信号无法使NMOS进入放大区．因此，文中选用P沟道金属氧化物半导体(P-channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)作输入级来实现直流耦合．图2 输入缓冲器图3 Cherry-Hooper放大器的小信号电路图输入缓冲器电路如图2所示，待采样信号由Vip/Vin输入，由V1p/V1n输出到采样核心电路的输入端．它由PMOS源极跟随器和Cherry-Hooper放大器组成．Cherry-Hooper放大器由Q3～Q8组成，是常用的宽带放大器结构．Q5和Q6的射极跟随器被用作反馈通道，使输出节点具有很低的电阻值，仅产生高频极值点，从而扩展了带宽，这就是Cherry-Hooper放大器扩展带宽的原理[5-6]．图3为Cherry-Hooper放大器的小信号电路图．假设 Rf+ re5> 2R1，计算可得，其小信号电压增益为其中，Q为品质因数，计算公式如下:根据小信号增益公式可以看出，该电路具有3个极点，第1项为高频极点，对带宽影响不大，剩余两个为共轭的双极点．此双极点公式复杂，难以直接分析，但仍可以从ω0中发现，带宽与反馈电阻Rf及负载电阻R2、R1关系密切．为防止输出出现大的振铃，一般要求Q≈ 1/31/2．可以发现，提高反馈电阻Rf可以提高增益，但会降低带宽；提高R2可以提高Q值，同时会造成带宽的减少，但是当满足 0< R2 R1< 2.5时，R2的变化对带宽影响不大，但可以显著提高增益[5-6]．经仿真，该输入缓冲器低频增益为 -1.698 dB，3 dB 带宽为 30 GHz，完全满足设计要求．图4 采样核心电路图2.2 采样核心电路采样核心电路如图4所示，主要由采样电容CH、采样开关和控制电路组成．信号由V1p/V1n输入，由V2p/V2n输出到输出缓冲器电路的输入端．当采样信号Track为高电平时，Q11和Q12导通，Q13和Q14截止，信号经过Q9和Q10被采样电容CH获得; 当保持信号Hold为高电平时，Q13和Q14导通，Q11和Q12截止，尾电流源的全部电流从输入缓冲器的R1和R2流过，在Q9和Q10基射极间产生较大压降，使其截止，电容上的电压不再受输入信号的影响，保持Q9和Q10截止前最后时刻的电压值不变[9-12]．～为与Q11～Q14互补的三极管，所接的控制信号是相反的，用于抵消时钟馈通．当采样信号在Track和Hold之间转换时，Q11～Q14的寄生电容上的电压会发生变化，进而引起电荷的转移．而寄生电容上的电压变化情况与Q11～Q14的相反，因此可以吸收或补偿掉Q11～Q14引起的电荷转移，避免了对采样电容的影响．理想情况下，当Q9和Q10截止时，信号无法到达电容，但由于基射极之间寄生电容Cbe的存在，有部分信号会耦合到采样电容上，造成采样误差．Cff 就是被用来消除这一馈通的电容．它们不是普通的金属电容，因为金属电容的容值会随工艺而改变，而Q9和Q10的寄生电容又受偏置条件的非线性影响，因此难以实现匹配．解决的方法是使用图中所示的串-并联结构来匹配Q9和Q10的基射极间寄生电容．理论上，当 Cff= Cbe时，馈通可以被完全抵消，但由于互连线会引入寄生电容，因此必须对Cff进行调整才能达到最佳抵消．采样开关的馈通量为VinCbeCH，可见采样电容越大，馈通越小．采样核心电路的带宽公式为: (gm9+ 1/ re9) CH或 (gm10+ 1/ re10) CH，可见过大的采样电容会降低响应速度，影响带宽．因此，为了在Master中获得较快的响应速度，应取较小的采样电容值; 为了在Slave中获得较小的馈通，采样电容应取较大的电容值．经仿真，取Master中 CH= 0.5 pF，Slave中 CH= 2.5 pF．图5 输出缓冲器电路2.3 输出缓冲器输出缓冲器一方面可以隔离后级电路与采样电容，保证采样精度，另一方面可以提升驱动能力，使后级电路(一般是ADC)正常工作．输出缓冲器电路如图5所示．出于带宽考虑，在输出缓冲器中也采用了Cherry-Hooper结构．为了满足偏置条件，将反馈回路中的异质结双极型晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)换成了金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管，将分压电阻换成了基极与集电极相连接的HBT，输入级由HBT换成了NMOS．Master与Slave级的输出缓冲器结构一致．Master级输出缓冲器的输出连接到Slave级输入缓冲器的输入端，而Slave级输出缓冲器的输出作为最终的采样结果提供给后级电路(一般是ADC)．图6 时钟缓冲器电路2.4 时钟缓冲器高频时钟信号一般为正弦波信号，有着较长的上升时间，若直接用于驱动采样核心电路会影响采样速度．为了减小这一影响，需要提高正弦波幅度，但会增加时钟产生电路的负担，增加功耗．因此，文中设计了时钟缓冲器，将正弦波信号转换为方波信号，缩短了上升时间．时钟缓冲器的另一作用是提高隔离度，降低外部时钟信号对采样电路的影响，提高带负载能力，确保采样核心电路中的控制电路能正常工作．时钟缓冲器电路如图6所示，它采用了两级“射极跟随器+共射极放大器”的结构．外部时钟信号由Clkp/Clkn输入，由Track/Hold端口输出，作为采样控制信号接入采样核心电路．时钟缓冲器在采样保持器中的作用十分重要，它的带宽影响最高采样率．仿真显示其带宽为 10.8 GHz，可以满足设计要求．3 实验结果分析采用0.13 μm SiGe BiCMOS工艺进行了流片．主从式采样保持电路与单级采样保持电路的微观照片如图7所示．主从式采样保持电路面积为2 029 μm× 1 088 μm，单级采保面积为1 165 μm× 880 μm，两者之比接近2∶1．芯片中所有模块表面均覆盖有顶层金属以隔离外界干扰．除时钟缓冲电路采用 2.5 V 供电外，其余模块均采用 3.3 V 电源供电．所有电源均通过滤波电容接到地，以提高电源纯净度．图7 芯片显微照片图8显示了主从式采样保持电路与单级采样保持电路的带宽．主从式采样保持电路的低频增益为 1.3 dB，3 dB 带宽为 18 GHz，而单级采样保持电路的低频增益为 0.7 dB，3 dB 带宽大于 20 GHz．这可以理解为Slave级带来了额外的增益，但它较大的采样电容却降低了带宽．图8 采样保持电路带宽(采样率为2GS/s)图9 主从式采样保持电路SFDR(采样率为2GS/s)从图9可以看出，在250 mV峰峰值电压的输入下，频率范围为0～5 GHz时，主从式采样保持电路的无杂散动态范围(Spurious Free Dynamic Range，SFDR)在 33～ 38 dB 范围内变化．这意味着在较宽的频带内，所设计的采样保持电路有着较高的动态性能．图10和图11分别为输入100 MHz和4.1 GHz信号时的采样输出频谱图，进一步说明了该采样保持电路良好的动态性能．由于频谱仪只有单端输入，因此此处测量的也是单端采样输出，而非差分输出．图10 输入信号为100MHz,采样率为2GS/s的输出频谱图图11 输入信号为4.1GHz,采样率为2GS/s的输出频谱图图12显示了输入信号为600 MHz时，采用和不采用耦合电容的情况下，保持模式下的信号馈通量．可以发现，耦合电容有效地抑制了输入信号及其谐波的馈通．图13显示了采样时钟为 2 GHz 时，采用和不采用互补三极管情况下的时钟馈通量．可以发现，时钟及其谐波的馈通在采用互补三极管时得到了有效抑制．图12 信号馈通量(输入信号为0.6GHz,-5dBm)图13 时钟馈通量(采样时钟为2GHz,5dBm)表1 采样保持电路性能对比文中文献[1]文献[3]文献[7]工艺0.13μm SiGe BiCMOSSiGe0.35μm SiGe BiCMOSSiGe HBT供电/V3.3/2.53.33.35.2面积/mm22.201.442.00采样率/(Sample·s-1)2G2G2G4G带宽/GHz18.00.97.010.0SFDR(dB@finHz)************************************功耗/mW1100550726550 表1将文中采样保持电路与其他文献的性能进行了比较．由于实验条件限制，只能测试到 2 GS/s 采样率，实际可达到的采样率应该更高．可以发现，文中的设计在带宽上具有明显优势，采样率和无杂散动态范围性能也较为优越．4 结束语文中设计了一种新型的高速采样保持电路，采用PMOS实现了直流耦合，利用Cherry-Hooper放大器提升了采样带宽，使用主从式采样结构降低了杂散程度．实验结果表明，该电路采样率为 2 GS/s，具有 18 GHz 带宽，32 dB 以上无杂散动态范围，性能较为优越，可以满足超高速ADC的应用要求，具有很强的发展潜力．未来的研究重点将集中在提升采样率，同时进一步提高无杂散动态范围，获得更高的采样精度．参考文献：【相关文献】[1] CASCELLA D, AVITABILE G, CANNONE F, et al. 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