遙控器有許多不同的尺寸和形狀，而且選擇的無線技術也不盡相同。作為產品配件，其廣泛用于消費類電子領域，如電視機、電子游戲機、音響系統、燈光控制以及家居自動化(包括車庫門/房門啟動器、空調設備、風扇和汽車RKE系統)。最常見的遙控器使用紅外(IR)技術，這主要是因為紅外元件成本相對較低，但這些基于IR的控制器有許多缺陷，包括需要在視角范圍內、操作角度限制、傳輸距離短、與IR LED相關的反射和高電流消耗等，這些缺陷大大縮短了電池壽命。RF遙控器解決了這些問題，并且由于可帶給用戶更好的使用體驗，產品也日益豐富。此外，技術改進正在使得RF-IR元件之間的價格差越來越小。

　　RF遙控器有其共有的特性，如圖1結構簡圖所示。RF遙控器的基本組件包括：為用戶提供輸入命令的按鍵；把用戶命令轉換成數字信息的MCU；用于調制和發射消息的RF發射器；天線；為遙控器提供動力的電池。制造商在設計RF遙控器時所面臨的共同挑戰，是如何提供穩定的最大傳輸距離、確保更長的電池壽命和維持較低的系統成本。

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圖1：RF遙控器結構簡圖

　　最大化傳輸距離涉及使用盡可能大的功率(在滿足政府法規限制下)，同時提供一個高靈敏度的接收器，因為總發射距離是發射器輸出功率和接收器靈敏度共同作用的結果。從遙控器端來說，設計目標是構建符合政府法規限制的最大輸出功率，這也意味著所有遙控器應具有相同的輸出性能，因為它們都要符合相同法規限制。在理想世界中這是可能的，但在真實世界中，由于元件和制造公差，要每個在生產線上制造的遙控器都有最佳的發射輸出功率幾乎是不可能的。此外，來自用戶手持遙控器帶來的干擾，甚至觸摸按鍵(又稱“手效應”)都會改變天線的阻抗，進而改變發射輸出功率。真實世界的影響能夠降低遙控器的有效輻射功率(ERP)，很容易導致輸出功率低于政府法規限制6dB，根據Friis自由空間路徑損耗公式發射距離也將相應的縮短2倍。

　　Si4010發射器是Silicon Labs EZRadio無線產品線的最新成員，也是業界第一款單芯片遙控器IC，只需要一個外部旁路電容、一塊PCB、電池和一塊帶按鍵的外殼，即可構成一個完整的遙控器。Si4010包括一個專利天線調諧電路，能夠為每一個按鍵動作自動微調天線至最佳發射功率。傳統的遙控器設計中，RF發射器差異、組件和天線制造公差以及周圍環境導致天線效率較低、輸出能量浪費嚴重。圖2是Si4010功率放大器和天線調諧電路的結構簡圖。

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圖2：Si4010天線調諧框圖

　　通過調整片上與天線自感產生共振的可變電容器，Si4010可以最大化發射天線效率。這些自動的電容器調整通過補償天線匹配電路的失諧使遙控器的發射功率最大化，并通過允許放寬PCB天線制造公差來降低設計成本。

　　功率放大器(PA)包含一個反饋回路，通過監視PA輸出電壓、調整PA電流驅動(以補償天線阻抗的變化)，從而維持穩定的輸出功率。盡管有溫度變化和“手效應”的影響，反饋回路有效維持穩定輸出功率，正如上文所述，當一個人手持遙控器時將改變天線阻抗。天線調諧的最終結果，是為每個按鍵操作提供穩定可靠和最佳的性能，同時降低符合RF匹配要求的設計成本和復雜性。使用Si4010自動天線調諧特性的遙控器能夠可靠和穩定運行，在滿足政府發射限制下提供最大發射距離。

　　電池壽命是任何便攜式電子設備，特別是遙控器的重要考慮因素。當我們考慮典型的遙控器使用方式時發現，超過99%的時間里，遙控器處于等待用戶按鍵操作的狀態。在此期間，Si4010功耗小于10nA(室溫下)，這使其成為電池供電應用的理想選擇。此外，具有觸摸喚醒功能的GPIO特性進一步減少了遙控器的電流消耗，延長了電池壽命。

　　圖3 是典型遙控器應用中Si4010的功耗實例。使用CR2032電池，最大發射功率+10dBm。

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圖3：Si4010電池壽命計算實例

　　在傳輸期間，輸出功率為+10dBm時，Si4010在OOK調制模式下耗電14.2mA或在FSK調制模式下耗電19.8mA。如果我們假設如下情形：1kBaud數據傳輸率、曼徹斯特編碼、每數據包100bit、每次按鍵重復發送3次，則我們得到如下結論：在每天50次按鍵、連續5年操作條件下，OOK調制模式下僅消耗220mAH CR2032電池電量的52%；FSK調制模式下消耗電池電量的71%。

　　雖然這個例子沒有包括電池的漏電情況，但它確實說明了Si4010發射功耗低的特性和低待機電流的重要性。Si4010發射器的超低待機電流比許多現存解決方案低一個數量級，對于延長遙控器電池壽命來說這一區別點非常重要。

　　所有遙控器設計的最重要考慮因素之一，是最大限度地減小系統設計成本，這受到除元件成本外許多因素的影響，包括勞動力成本、庫存、測試和制造產量。到目前為止，市場上占主導地位的低成本RF遙控器解決方案是使用MCU和基于表面聲波(SAW)的RF發射器，如圖4所示。

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圖4：基于SAW遙控發射器的簡化原理圖

　　這種設計的拓撲結構被廣泛接受，主要是因為其低成本和簡單。SAW設備與Colpitts振蕩器結構中的晶體管Q1產生共振形成載波頻率，晶體管Q2提供輸出功率放大和穩定運行所需的隔離功能。來自MCU的數據直接應用于SAW諧振器，形成OOK調制信號，來自MCU的GPIO6提供電壓(VCC)到基于SAW的發射器。整個解決方案使用24個外部元件，包括MCU、一個旁路電容、為MCU提供時鐘的石英晶體，帶板內天線的PCB板和電容器。RF組件成本(不包括PCB、MCU和旁路電容)是$0.77(10萬數量級)。傳統上，這已經成為最低元件成本的可靠射頻傳輸解決方案。從系統成本的角度來看，較多的BOM數量增加了其他成本，如勞動力成本、庫存和測試等費用，并降低了產量。

　　雖然基于SAW的發射器被廣泛應用于遙控器(由于其較低的元件成本)，但是舊有技術有許多缺點。除了大量RF組件所帶來的較高系統成本外，基于SAW的發射器還有如下缺點：載波頻率精度低、單頻操作、僅支持OOK調制、性能穩定性差、對器件容差敏感、產量低。

　　與此相反，Si4010發射器是一款完整的SoC遙控器IC。基于專利技術的Si500硅振蕩器，其專利的無晶體架構在商業溫度范圍內可獲得±150ppm的載波頻率精度，在工業溫度范圍內則該數據為±250ppm，是傳統基于SAW的低成本發射器(無外部晶體)頻率精度的2倍。Si4010可在27-960MHz的連續頻率范圍內工作，并且包括最大輸出功率高達+10dBm的可編程PA，自動天線調諧和為滿足FCC、ETSI和ARIB無線電頻率法規要求的PA邊沿速率控制。嵌入式8051 MCU為進行快速處理而進行了指令優化，具有512B內部RAM、4kB RAM，8kB OTP NVM、128b EEPORM, 12kB 函數庫ROM和硬件加速的128b AES加密邏輯。1.8-3.6V供電范圍、比超低功耗(10nA)還少的待機電流以及觸摸喚醒操作，使得Si4010成為紐扣電池應用的理想選擇。圖5是Si4010 SoC 發射器框圖。

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圖5：Si4010框圖

　　圖6是一個使用Si4010的遙控器原理圖，帶有一個可選的LED燈用于按鍵操作時的指示。遙控器總的BOM(不包括可選的LED燈)包括一顆Si4010 IC、一顆旁路電容、帶板載天線和電容的PCB。Si4010不僅總BOM數量少于基于SAW的發射器(3比24)，而且Si4010也無需任何RF元件，因為所有元件都集成在了芯片內部。此外，Si4010器件的自動天線調諧功能保證了穩定可靠的輸出功率，并且通過放寬制造工藝中的公差范圍(因為高精確的天線匹配不再需要)，降低了系統成本。

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圖6：使用Si4010的遙控器簡圖

　　使用Si4010設計的遙控器克服了傳統RF發射器所面臨的許多問題。Si4010利用天線調諧特性消除了困難且繁瑣的RF匹配問題，同時也降低了高成本的RF設計費用，縮短了上市時間。硬件設計的任務降低到：為給定遙控器幾何形狀選擇最佳的PCB天線，為Si4010、PCB板載天線、旁路電容、按鍵和電池進行合理布局和布線。圖7是434MHz Si4010遙控器PCB板。
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圖7：434MHz Si4010遙控器PCB板

　　使用集成在12kB ROM中的Si4010發射器函數庫進行遙控器軟件開發是非常容易的。該庫包括按鍵服務、AES加密、編碼模塊、電池電壓檢測和其他有用的遙控功能，從而降低代碼大小，加速上市。

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圖8：Si4010遙控器控制流程圖

　　圖8是遙控器應用中Si4010控制流程圖。安裝電池或通過按鍵從待機模式喚醒后，Si4010自動啟動引導過程，它從非易失性存儲器中復制用戶代碼到RAM中，然后運行用戶代碼。引導完成后，設備的數字部分，首先初始化(MCU、中斷、定時器、外設等)，然后模擬部分使用ROM庫中的函數進行初始化。例如調制類型(OOK或FSK)、數據率、PA發射等級、載波頻率等都在這個階段設定。

　　當初始化完成后，程序進入主循環并監視按鍵操作，進行事件處理。依賴于哪一個按鍵被按下，程序決定做什么，并根據按鍵構建適合的數據包。然后，Si4010微調頻率并發射數據包。一旦信息發射完成，Si4010完全關閉并轉入超低功耗待機狀態。在待機模式，芯片耗電少于10nA(25°C溫度下)，并能夠從任意GPIO按鍵按下中喚醒，重新開始處理。

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