摘 要：本文介紹了基于WirelessUSB LS技術(shù)的低成本無(wú)線人機(jī)接口設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)闡述了WirelessUSB LS系統(tǒng)組成，收發(fā)器CYWUSB6932/34的工作原理，以及系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。此種設(shè)計(jì)方案相對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法具有成本低、應(yīng)用簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以方便的擴(kuò)展應(yīng)用于所有支持USB接口的設(shè)備上。
關(guān)鍵字：WirelessUSB；DSSS直接序列擴(kuò)頻；CYWUSB6934；HID
引言
如今藍(lán)牙、無(wú)線局域網(wǎng)、Wi-Fi無(wú)線技術(shù)蓬勃發(fā)展、WirelessUSB、ZigBee等無(wú)線個(gè)人無(wú)線電技術(shù)層出不窮。低成本的無(wú)線新產(chǎn)品正在瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)自動(dòng)控制、游戲、PC外圍設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)據(jù)通信和無(wú)線通信芯片廠商Cypress最近發(fā)布了市場(chǎng)上首款價(jià)格低于2美元的2.4GHz無(wú)線電系統(tǒng)級(jí)芯片樣片（并稱未來(lái)兩年內(nèi)有望將價(jià)格降至1美元以下）。該芯片樣片基于Cypress的WirelessUSB LS技術(shù)，具有高度集成的無(wú)線收發(fā)器和數(shù)字基帶，采用該項(xiàng)技術(shù)，鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、視頻游戲控制器等無(wú)線人機(jī)接口設(shè)備(HID)制造商能夠縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間、減少元件數(shù)目并降低系統(tǒng)成本，從而提高設(shè)備的可操作范圍、降低功耗和縮短延遲時(shí)間。采用802.11、藍(lán)牙和ZigBee組建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，需要高性能的處理器和額外的ROM或閃存來(lái)處理組網(wǎng)帶來(lái)的大量額外開(kāi)銷，同時(shí)伴隨著較高的功耗，但鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、游戲手柄等設(shè)備并不需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，相反，這些設(shè)備需要的是簡(jiǎn)單、快捷、廉價(jià)的點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)通信。WirelessUSB并非聯(lián)網(wǎng)解決方案，因此沒(méi)有相關(guān)成本或功率開(kāi)銷，支持USB的即插即用，無(wú)需驅(qū)動(dòng)程序和標(biāo)準(zhǔn)/認(rèn)證過(guò)程，使用全球通用的2.4GHz ISM頻段，通信距離高達(dá)10m，平均延遲時(shí)間小于4ms，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工作方式，不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)則自動(dòng)進(jìn)入"掛起"狀態(tài)，休眠電流為1 A，電池壽命可達(dá)6到9個(gè)月，可連接8個(gè)設(shè)備，即便在復(fù)雜的無(wú)線環(huán)境下，上百個(gè)無(wú)線USB設(shè)備也可同時(shí)使用，為眾多應(yīng)用提供了剪斷連線、自由移動(dòng)的可能。目前將一個(gè)USB設(shè)備以專用無(wú)線方式與主機(jī)相連，都需要通過(guò)一個(gè)連在USB端口上的專用無(wú)線收發(fā)器，而每種USB外設(shè)的收發(fā)器各不相同。如果WirelessUSB技術(shù)成為標(biāo)準(zhǔn)，那么只要在一個(gè)USB接口上插一個(gè)WirelessUSB收發(fā)器，就可以支持任何無(wú)線USB設(shè)備，而不必再使用各自不同的專用收發(fā)器。相對(duì)于藍(lán)牙和ZigBee技術(shù)過(guò)于復(fù)雜且成本昂貴，WirelessUSB價(jià)格低廉、應(yīng)用簡(jiǎn)單， 已經(jīng)成為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的短距離無(wú)線系統(tǒng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
WirelessUSB LS系統(tǒng)
WirelessUSB LS 提供了一種低成本的無(wú)線人機(jī)接口設(shè)備解決方案，適用于鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、游戲手柄和操縱桿等PC外設(shè)，取代目前基于27MHz的傳統(tǒng)的無(wú)線人機(jī)接口解決方案。一個(gè)WirelessUSB LS系統(tǒng)包括一個(gè)WirelessUSB LS Bridge和至少一個(gè)WirelessUSB LS HID（human interface device 人機(jī)接口設(shè)備）。而主機(jī)PC完全不用控制無(wú)線的連接，WirelessUSB LS設(shè)備相對(duì)于主機(jī)的連接和一個(gè)有線的USB設(shè)備完全相同，因此在主機(jī)上不用針對(duì)WirelessUSB LS系統(tǒng)設(shè)備額外增加軟件驅(qū)動(dòng)。
WirelessUSB LS系統(tǒng)設(shè)備分為純發(fā)送設(shè)備和發(fā)送接收設(shè)備兩種，分別使用Cypress公司出品的CYWUSB6932/34集成電路芯片。WirelessUSB LS系統(tǒng)根據(jù)使用的設(shè)備不同可以分為WirelessUSB LS 1-Way系統(tǒng)和WirelessUSB LS 2-Way系統(tǒng)兩類。
WirelessUSB LS 1-Way系統(tǒng)
WirelessUSB LS 1-Way系統(tǒng)中每個(gè)HID設(shè)備都裝有一個(gè)WirelessUSB LS純發(fā)送設(shè)備。與PC主機(jī)相連的Bridge裝有一個(gè)WirelessUSB LS發(fā)送接收設(shè)備，如圖1，主要針對(duì)強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)單發(fā)送的人機(jī)接口設(shè)備的應(yīng)用，例如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)。
圖1 WirelessUSB LS 1-Way系統(tǒng)（略）
WirelessUSB LS 2-Way系統(tǒng)
WirelessUSB LS 2-Way系統(tǒng)區(qū)別于WirelessUSB LS 1-Way系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)備都裝有一個(gè)WirelessUSB LS發(fā)送接收設(shè)備，如圖2。這樣就允許HID設(shè)備接收Bridge發(fā)送的數(shù)據(jù)和指令，主要針對(duì)強(qiáng)調(diào)雙向通信的人機(jī)接口設(shè)備的應(yīng)用，例如游戲震動(dòng)手柄、鍵盤(pán)、玩具等。
圖2 WirelessUSB LS 2-Way系統(tǒng)（略）
當(dāng)然，工程師們也可按自己的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，一部分為1-Way系統(tǒng)，另一部分為2-Way系統(tǒng)。
CYWUSB6932/34介紹
CYWUSB6932/34是CYPRESS公司最新推出的低成本高集成2.4GHz直接序列擴(kuò)頻（DSSS）射頻片上系統(tǒng)（SOC）。其中CYWUSB6932為純發(fā)送型號(hào)。CYWUSB6934為發(fā)送接收型號(hào)。CYWUSB6932/34提供了完整的針對(duì)WirelessUSB LS的串口SPI到射頻發(fā)射的調(diào)制解調(diào)方案。其主要特點(diǎn)：（1）該器件工作在ISM（工、科、醫(yī)公共頻段）頻段（2.4GHz~2.483 GHz） ；（2） 90dBm接收靈敏度；（3）高達(dá)0dBm輸出功率；（4）10m以上的全方向傳輸范圍；（5）數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)62.5kbits/sec；（6）SPI微機(jī)接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)2MHz；（7）直接序列擴(kuò)頻可設(shè)置的基帶檢波器；（8）靜態(tài)電流低于1 A；（9）工作電壓范圍：2.7V~3.3V。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
CYWUSB6932/34內(nèi)部集成了串行數(shù)據(jù)接口，串并/并串轉(zhuǎn)換器，一個(gè)2.4GHz的射頻收發(fā)器，一個(gè)高斯型的頻移鍵控調(diào)制解調(diào)器（GFSK modem），一個(gè)數(shù)字基帶。射頻和基帶部分都可以很靈活的設(shè)置。49個(gè)擴(kuò)頻編碼可以分別調(diào)制到78個(gè)1MHz間隔的頻率上去，從而理論上可以容納3822個(gè)獨(dú)立的頻道。如圖3為CYWUSB6932/34的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊圖。
圖3 CYWUSB6932/34的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊圖（略）
DSSS直接序列擴(kuò)頻
直接序列調(diào)制就是載波直接被偽隨機(jī)碼序列調(diào)制。在一般情況下調(diào)制方式可以是調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相和其它任何形式的振幅或角度調(diào)制。在發(fā)射機(jī)端，要傳送的信息先轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)或符號(hào)，與偽隨機(jī)碼（PN碼）進(jìn)行模2和運(yùn)算后形成復(fù)合碼，再用該復(fù)合碼去直接調(diào)制載波。通常為提高發(fā)射機(jī)的工作效率和發(fā)射功率，擴(kuò)頻系統(tǒng)中一般采用平衡調(diào)制器。抑制載波的平衡調(diào)制對(duì)提高擴(kuò)頻信號(hào)的抗偵破能力也十分有利。
圖4 10位PN內(nèi)碼（略）
