因为USB技能在最近几年已生长为PC干流的技能标准，简直一切的外设都能够凭仗USB接口轻易地与PC机相连。2004年，包含惠普、英特尔、微软、NEC、飞利浦半导体、三星电子在内的多家大公司成立了WUSB(无线USB)促进联盟，旨在将USB的运用变得愈加简洁——去掉电缆，完结无线USB技能。为了给用户供给一种低本钱的WUSB射频
体系处理计划，Cypress Semiconductor公司最近推出了低本钱的芯片级远间隔2.4 GHz射频体系——WirelessUSB LR(CYWUSB6935)计划。该计划能够在半径50 m乃至更大的规模内为用户供给在很多有线运用中快速完结无线连通的途径。与Zigbee和蓝牙等杂乱且贵重的无线网络计划比较，WirelessUSB LR凭仗其超卓的长途无线通讯才干和低价的体系本钱，将无线体系的运用扩展到修建与家庭主动化、工业操控、医疗检测、传呼体系和显现设备等范畴[1]。
1 WirelessUSB LR体系杰出特性
① WirelessUSB LR作为无线体系，很好地处理了如安在壅塞与搅扰的数据传输环境中坚持传输的有用性。WirelessUSB LR的双向直接次序扩展频谱(DSSS)编码技能，结合预界说的虚拟杂讯码以及机动频道切换等技能，创造出一整套动态频率调整的处理计划，其优异的处理功率足以保证无线通讯数据的传输功率。在硬件部分中，LC网络的阻抗匹配能扫除强度更高的(如移动电话和无绳电话等)外界信号(outofband)，对天线的不断改进，使得体系对外接信号的灵敏度抵达-95 dBm。此外，低噪声放大器与归纳器皆在极高的频率中进行AC耦合，故能扫除不同频率的搅扰信号。例如,AM调幅播送和电视信号,在紧邻蓝牙的环境中，产生信号磕碰的比率低于1.5 %的无线传输时刻，一旦产生磕碰，发送器有必要从头传送受影响的数据包。
② WirelessUSB LR作为单芯片处理计划，高度整合了体系的运用引擎，包含无线电接纳机和数字基带组件，既下降了本钱又缩短了研制时刻。外接器材只需求一套低价位的8位微操控器、振动晶体和一些无源组件。在运用上，WirelessUSB运用CY7C63723 enCoRe或USB操控器与USB总线构建传输接口，可视为SPItoUSB桥接器，并且它不需求额定的驱动程序。关于长途操控或机顶盒外设，该项技能消除了瞄准线操作的束缚。
③ 无线体系规划里用户十分关心电池的续航才干，不期望常常替换电池，更不期望在设备运用进程中因为电池的原因而中止传输。因为大部分无线电体系待机时都能将耗电率降至接近于零的程度，因而下降耗电率与延伸电池续航才干的要害便是束缚传输数据长度。通讯协议越杂乱，传输的数据就越多。WirelessUSB LR中的通讯协议能够以极高的功率处理数据包。另一种途径便是束缚无线电发送的时刻，像蓝牙等处理计划，就有必要定时与网络同步，才干及时发现网络中的新设备。WirelessUSB LR拥有为下降耗电率而规划的自我校对机制，使得设备待机耗电大约只要0.25 μA，输出功率降至0 dBm。如此低的耗电率能够供给典型无线键盘9个月以上的电池续航力,或许为游戏操控设备供给100小时以上的续航力;关于一般传感器/传动器，电池寿数可达数年，并且硬件选用数据驱动的作业方法，在无数据传输时，主动进入“挂起”状况[2]。
2 体系硬件CYWUSB6935芯片介绍
CYWUSB6935是Cypress公司为合作WirelessUSB LR计划推出的低本钱高集成度的2.4 GHz直接次序扩展频谱(DSSS)射频片上体系(SoC),具有可装备的双向(接纳或发送)功用。CYWUSB6935供给了完好的针对WirelessUSB LR的从串口SPI到射频发射的调制解调计划[3]。
2.1 CYWUSB6935芯片的内部结构
CYWUSB6935内部模块结构如图1所示。
图1CYWUSB6935内部模块结构
CYWUSB6935内部集成了串行数据接口(SPI)、串并/并串转换器(SERDES)、归纳器(synthesizer)、2.4 GHz的射频收发器，选用高斯频移键控调制解调器(GFSK Modem)和直接次序扩展频谱(DSSS)数字基带模块。用户能够经过操控信号灵敏地设置射频和数字基带部分。为了进一步优化功用，CYWUSB6935将49个扩频编码调制到78个1 MHz宽度的频率域上，然后在理论上能够为用户供给3822个独立的频道，让每个主体系能够衔接多组外围设备，且通讯间隔可抵达50 m或更远。
2.2 CYWUSB6935的首要特点
① 2.4 GHz的无线收发器作业在2.4~2.483 GHz的ISM公共频段内。如此以来，CYWUSB6935突破了很多27 MHz、400 MHz以及900 MHz体系共有的各种束缚;作业于2.4 GHz公共ISM频段的WirelessUSB LR还运用户能够在世界规模内推行运用其处理计划，而无需受地区性频率要求的束缚，然后具有了全球通用性、合理的功率标准以及更高的通讯频宽[4]。
② 高达0 dBm的输出电平缓低于1 μA的待机电流。CYWUSB6935内部装备了耗电率自我校对机制，然后将Wireless USB射频设备的待机耗电下降到1 μA以下,且输出电平压低到0 dBm，打破了无线体系规划中耗电率的技能壁垒，大大延伸了设备电池的续航才干。
③ -95 dBm的接纳灵敏度与超越50 m规模的全方位传输间隔。接纳灵敏度的进步和传输间隔的延伸,都保证在50 m乃至更大规模内精确快速地取得全方向信号，使WirelessUSB LR技能进入更远间隔的商业和工业多点对单点运用范畴，然后拓宽了该无线体系的运用商场。
④ 高达62.5 Kb/s的数据吞吐量和高达2 MHz传输频率的SPI微机接口。CYWUSB6935可完结62.5 Kb/s速率的双向或单向RF传输，均匀延时小于10 ms;数据传输率达2 MHz的SPI接口能够轻松地将设备数据上传至上位机体系。
⑤ 可装备的双向直接次序扩展频谱(DSSS)基带相关器。凭仗DSSS技能，CYWUSB6935能够防止来自若2.4 GHz频段中802.11b、蓝牙(Bluetooth)等其他体系的信号干与，以及来自无绳电话和微波炉的无线辐射。
⑥ 高集成、低本钱的48QFN封装，按最少外接元件要求规划，完全能够抵达用户的单片规划要求。
⑦ 片内集成30位的制造商ID、2.7~3.3 V的作业电压和-40～85℃的作业环境，在很大程度上拓宽了CYWUSB6935芯片的适用范畴。
2.3 CYWUSB6935芯片引脚界说
表1引脚界说
表1为CYWUSB6935芯片48QFN封装的引脚界说。
3 WirelessUSB LR体系结构
(1) WirelessUSB LR桥最小体系
图2中，WirelessUSB LR桥最小体系包含Cypress公司enCoRe系列的低本钱USB操控器，和由芯片CYWUSB6935组成的射频模块。其间USB操控器担任操控射频模块的作业状况及上位机与射频模块之间的数据通讯，而射频模块首要由CYWUSB6935完结数据的无线传输和通讯协议的解读作业。整个体系选用总线供电方法，经过USB总线能够得到5 V的电压，供USB操控器运用;经过低压线性稳压器(LDO)，CYWUSB6935能够得到需求的3.3 V电压，因而体系无需外接电源，然后进步了适用性和便携才干。
图2WirelessUSB LR桥最小体系电路
(2) WirelessUSB LR HID最小体系
如图3所示，WIrelessUSB LR HID最小体系首要由一个8位微操控器(MCU)和CYWUSB6935芯片组成。微操控器首要担任外设与射频模块的数据传输，一起也能够统筹简略运用设备(如数据收集板和LED显现屏)的操控作业。整个体系多选用电池供电方法。为了进步电池的续航才干，在没有数据传输时，射频模块会被设置作业在休眠形式下，等候数据到来后被唤醒。
图3WirelessUSB LR HID最小体系电路
4 WirelessUSB LR体系数据传输进程
WirelessUSB LR 2Way网络中，用户首要选用多点到一点(multipoint to point)的拓扑来组成用户网络。HID与Bridge之间树立有双向数据通道，使得HID在发送数据的一起，能够接纳Bridge传输来的Ack/Nak信息和数据,如图4所示。在该网络中的一切设备都具有收发数据的功用。WirelessUSB LR 2Way网络中允许多个运用设备一起进行无线传输，并且能够以无线方法把多达127个设备衔接到主机(通常是1台PC)上，其间每个设备分时复用同一带宽。
图4WirelessUSB LR 2Way体系
以下是WirelessUSB LR 2Way体系中，桥接器(bridge)从人机接口设备(HID)节点上接纳数据的典型进程[5]，其间的时序和电流改变如图5所示。
图5数据传输进程
① 传输开端之前，桥接器和HID同处于休眠状况，13 MHz的晶体并不作业，此刻待机电流小于1 μA。
② 当HID的MCU需求发送数据时，首要经过拉高PD引脚电压将CYWUSB6935从休眠状况中唤醒。此刻，晶体开端作业。一旦晶体作业安稳，CYWUSB6935经过IRQ引脚告知MCU，它现已预备好承受串行接口(SPI)指令。
③ MCU在唤醒状况寄存器中铲除唤醒中止请求，并将设置信息写入操控寄存器,为传输作好预备，一起CYWUSB6935的高频归纳器主动开端作业，经过时间短的延时后，归纳器就能够抵达安稳状况。此刻，MCU能够将待发送数据的榜首个字节下载到数据传输寄存器中。
④ 归纳器安稳作业后，CYWUSB6935将主动发射1个比特周期的引导信号(如：10101…)，用于协助接纳机确定发送机信号，并主动将传输数据寄存器中的数据下载到发射移位寄存器中，并向IRQ引脚发送“传输数据寄存器空”中止。MCU运用一个字节周期(125~512 μs，其长度取决于所挑选的数据率)来下载下一个即将传输的数据。当新的数据写入发射移位寄存器时,“数据空”中止会被主动铲除。
⑤ 在一段时刻内，MCU经过重复查询“传输数据寄存器空”中止，不断将待发送数据下载到发射移位寄存器中，直到整个数据包下载结束停止。
⑥ 完结数据下载之后，MCU经过设置“发射中止使能”寄存器使得“寄存器空”中止无效一起使能“发射”中止,再由CYWUSB6935射频部分完结数据无线传输的作业。当发送完最终一个数据字节后，“发射”中止被送至IRQ引脚。
⑦ 数据发送完后，MCU将CYWUSB6935设置成接纳形式，预备接纳从Bridge回来的表明现已顺畅接纳到数据的“握手包”。此刻，高频归纳器会下降作业频率(在接纳形式下，归纳器被用作本地振动器，其频率将会从发射频段混频降至2 MHz的中频,用于解调无线信号)。
⑧ 当归纳器频率安稳后，CYWUSB6935预备接纳桥接器的“握手包”(假如在HID的CYWUSB6935归纳器抵达安稳之前，桥接器的“握手包”就现已抵达，则HID无法成功接纳到“握手包”;若HID成功接纳到“握手包”，一个寄存器满信号将送至IRQ引脚)。若CYWUSB6935成功接纳到了“握手包”，MCU将担任查阅该“握手包”数据，并且在接纳有用寄存器中查询数据有用标志位;假如接纳到无效“握手包”，或许在特定的时刻内没有接纳到有用“握手包”(握手包超时)，MCU将会从头履行之前的第③步。
⑨ 假如CYWUSB6935顺畅接纳到有用“握手包”，MCU会经过操控寄存器将CYWUSB6935设置到闲暇形式下。
⑩ 在完结一切的传输后，MCU能够使用PD引脚把CYWUSB6935置于休眠形式。在接连的屡次传输进程中，在上一次所传输的数据结尾存在一个附加数据包，告诉MCU将CYWUSB6935设置为在接连的数据传输空隙作业在闲暇形式下，预备下一次传输，而无需等候其从休眠状况中被唤醒。
结语
WirelessUSB LR无线USB体系处理计划，将无线通讯的长处和传统的USB接口有机地结合起来，不仅能供给较高的数据传输率，并且改进了数据的接入方法，使传输体系愈加便利、牢靠。Wireless USB LR凭仗其完美的功用和低本钱，能够满意无线范畴中非网络端的需求，将成为未来无线通讯的干流。
