在规划嵌入式ZigBee(或其它依据IEEE802.15.4的协议)射频解决计划时，在终究产品中的集成度方面有一些折衷的考虑。应战在于怎么平衡集成度和开发本钱对终究运用功用的要求。因为低本钱无线技能在许多电子产品运用中激增，简化ZigBee模块功用的验证和查验十分重要。本运用攻略展现了泰克MDO4000系列示波器在验证和查验ZigBee无线模块集成度方面的运用及简便性。
图1.泰克MDO4000系列混合域示波器和Microchip无线电测验电路板模块。
嵌入式集成ZigBee模块
事实证明，IEEE802.15.4物理层无线技能在各种短距离操控和数据通讯运用中十分盛行。ZigBee协议供给了一个由设备组成网状网络，因而大型区域及数百台、乃至数千台设备能够彼此通讯。至少在理论上，不同来历的ZigBee标准设备能够彼此通讯。不同的IEEE802.15.4协议厂商，供给了功用少、软件简略的计划，能够在有限的特定运用或特定功用中作业。
无线体系运用包含家庭和商业楼宇自动化、动力监测和操控、安全体系、医疗监测及各种商业和工业产品。围绕着这套通讯标准现已开发出了丰厚的IC和模块支撑结构，这些模块带有天线，并经FCC或其它区域组织认证。每个IC和模块还有两个增强选项。嵌入式产品只选用IEEE802.15.4低层协议的射频电路，因而需求独自的微操控器或微处理器来处理ZigBee或其它高档软件及运用。也有的IC和模块内置微操控器，运转ZigBee或其它协议软件。许多IC和模块带有未定义的I/O引脚，因而整个产品或许需求很少模块和传感器和/或制动器及附件。此外，许多模块带有功放和接收机低噪声前置扩大器(LNA)。功放和LNA能够显着提高射频规模，但本钱高、能耗大。
对任何一种计划，都需求PCB支撑IC或模块。还需求有满足峰值功率及低噪声的电源。假如挑选芯片级计划，还需求相应的天线接口电路。
图2.来自不同厂商的典型ZigBee无线电选项实例，能够有不同的集成度，从无线电集成电路到全面集成模块及微操控器、功放和LNA。
图2从左到右显现了无线IC(Microchip Technologies MRF24J40)、带有100mW功放和LNA(Microchip MRF24J40MB)的无线模块、射频和微操控器集成电路(Ember EM357)、以及带有微操控器和外部功放和LNA(Ember EM357-MOD)的无线模块。
ZigBee规划考虑要素
当越来越多的产品选用ZigBee技能时，从许多类型的无线体系中挑选一种运用，规划人员会晤临着许多取舍，包含：
1.本钱－与IC比较，模块的原资料本钱与工程规划和组织认证本钱之间存在着显着的对立。模块本钱显着要高于射频IC，因为需求很多的支撑及拼装工人,部分额定本钱在于PCB资料，但大多数是补偿模块规划费用及模块制造商本钱。可是，无线电路规划及组织认证也具有本钱。对依据IC的规划，假如要运用ZigBee协议，ZigBee联盟测验和认证会添加本钱。经历标明，集成IC对模块的盈亏平衡点典型为10,000块对25,000块。
2.开发时刻－一旦产品准备就绪，就能够推行预认证的模块。%&&&&&%级规划的组织批阅时刻最短要一个月，但一般要远远善于一个月。一般来说，这一般会添加到开发过程中，因为产品必需挨近终究形状，软件需求基本完结之后，才干开端认证测验。
3.外观形状－规划一个定制的IC级无线体系能够灵敏地装备射频电路。在定制规划中，依据产品的全体装备，无线体系能够运用模块放不进去的空间。一般来说，供给的模块一切部件都坐落PCB一侧，以便模块能够焊接到主电路板上。在定制规划中，部件能够放到任何装备中，并放在电路板的两边。
4.协议灵敏性－许多模块或内置微操控器IC的制造商不供给ZigBee或其它通讯软件的源代码。这意味着，假如期望或需求定制功用，那么在厂商没有供给这种功用时，几乎没有可用的资源。
5.特殊要求－对有些运用，需求硬件模块或IC集成了射频和微处理器的功用，尽管能够挑选添加第二个微操控器，但总本钱会提高到超出所需水平。在其它情况下，或许期望供给市场上没有的功用。例如，美国标准答应1W的无线输出功率，但有这种功用的模块很少。
6.天线类型和方位－模块在PCB上供给了天线，其方法为印刷形式，如Microchip模块，或许为“芯片”天线，如Ember模块，并带有外部天线。假如天线坐落屏蔽外壳内部，或离终究封装规划中的其它组件太近，模块上的天线或许会影响功用。有的模块带有外部天线运用的衔接器。可是，仅有合法的天线是运用与模块一同经过认证的天线。假如有理由(如需求更高的增益)运用模块厂商不支撑的天线，那么要求组织认证，这会导致相应的本钱和时刻。
图3.(Microchip Technologies MRF24J40MB和Explorer16演示电路板)ZigBee无线电模块/测验电路板与MDO4000系列混合域示波器之间的测验衔接。
集成的射频测验验证
一旦挑选了无线完结方法，进行了相应的PCB布线，编写了必要的软件，那么需求进行很多的测验，以确保杰出的通讯：对许多运用来说，无线体系与产品其它部分之间要进行串行通讯。例如，MicrochipIC和模块选用4线SPI衔接，操控射频IC和相关组件，如功放。需求运用SPI指令，设置内部寄存器，挑选频率信道、输出功率电平及许多其它作业参数。SPI还用来操控通用端口引脚，这些引脚操控着功放器或其它器材。SPI还用来把数据包发送到%&&&&&%或模块，发送指令传送数据包。接收机数据也经过SPI总线回来。
微操控器中的软件(不管是集成仍是分隔)需求供给更高档的协议(ZigBee或其它协议)，及操控无线体系的供电，运转产品的其它方面。在许多运用中，无线传输的守时至关重要，以便产品的某个其它部分正在作业，耗费电源电压时，射频电路不会发射信号。
为了阐明验证射频作业所要完结的一些测验，咱们运用带有Explorere16演示电路板的Microchip Technologies IEEE802.15.4扩大无线模块(MRF24J40MB)。这些屏幕显现是运用泰克MDO4000系列多域示波器取得的，能够以时刻相关的方法一起检查RF信号、模拟信号和数字信号。设置和数据指令从PC发送，答应手动操控。图3显现了测验设置。留意咱们直接衔接到射频部分，便利电源丈量和其它丈量。相同，能够运用校准后的天线，进行RF丈量验证射频作业的一些要害测验有：
RF丈量和电源丈量-泰克MDO4000系列混合域示波器的共同之处在于，它答应一起检查射频频谱和电源，如图4所示。
图4.时域画面和频域画面。橙色条表明频域画面相对于时域丈量的频谱时刻。
IEEE802.15.4(包含ZigBee)的信道距离为5MHz。20dB信道带宽应显着低于信道距离。如图所示，测得的占用带宽是2.3MHz。输出功率约为估计的20dBm。屏幕下半部分显现了输出频谱，屏幕上显现了带宽和功率的直接丈量成果。测验电缆在这个频率规模内损耗约2dB，因而功率丈量坐落估计规模内。
屏幕上半部分底部的橙色条标明晰显现频谱曲线的时刻周期。频谱时刻是窗函数因数除以分辨率带宽。在本例中，咱们运用默许的KaiserFFT函数(因数为2.23)，RBW为11kHz，则频谱时刻约为200us。在时域窗口中移动频谱条，能够在数据包传输期间调查和丈量数据。只要在发动无线数据包发射之后，这一收集才是相关的。
泰克MDO4000系列示波器RF收集能够丈量RF信号的功率和占用带宽。因为它还捕获了RF收集的时刻记载，因而能够运用数字下变频生成I(实数)和Q(虚数)数据。每个I和Q数据样点表明当时中心频率RF输入的瞬时误差。经过这一剖析，能够从记载的数据上钩算出RF起伏随时刻的改变。
