基于ZigBee RF4CE技术和超低功耗无线网络的遥控器2.0应用

下一代遥控器的到来意味着红外（IR）障碍的终结。不再需要将红外连接的遥控器指向电视或其他电子设备。通过使用射频，最终用户几乎可以从家庭的任何地方访问和管理他们的娱乐系统。此外，新的交互式RF供电遥控器具有一系列新功能，包括创新的“查找我”按钮。您的遥控器是否丢失，躲在孩子的房间里或沙发下面？只需按下电视或机顶盒上的“查找我”按钮，遥控器就会开始嗡嗡作响和闪烁，使其易于查找。

遥控器2.0 也是绿色的。通过使用新的ZigBee RF4CE技术及其超低功耗无线网络功能，消费电子制造商现在可以设计出永远不必更换或充电电池的遥控器。目前，遥控器的电池最多可以使用两年，使用最少。相比之下，与ZigBee RF4CE遥控器相比，单个纽扣电池可以持续使用10年或更长时间。至少，所需电池数量减少了五倍。由于电池由重金属和有毒物质组成，这意味着需要开采，精炼和处置的有毒物质的数量减少了五倍。由于需要制造的电池更少，这大大减少了采矿，精炼和制造过程中使用的能源的二氧化碳足迹。

之字形基础知识

与无线局域网和蓝牙类似，之字形在2.4 GHz频段运行。ZigBee 基于 IEEE 802.15.4 无线标准，是一种为低功耗和低数据速率应用开发的局域网 （LAN） 无线电技术。之字形绿色电源、之字形 SE 2.0 和之字形 RF4CE 是三种类型。

ZigBee PRO 和 SE 2.0 面向（与智能能源相关的）工业、商业、电信和住宅用途，尤其是那些功率不是关键因素的应用。这些应用包括家庭电源管理和监控以及所谓的“物联网”。在物联网中，每个家用电器都有自己的IP地址，可以通过Web进行寻址。（因此，需要具有几乎无限供应IP地址的IPv6。

频谱的另一端是ZigBee绿色电源，其目标是数据速率有限且功率要求最低的设备。这包括仅由开关本身的运动供电的电灯开关等设备，以及家庭能量收集和能量清除传感器应用，这些应用可能由阳光、振动、声音和其他来源供电。

对于家庭娱乐，最令人兴奋的之字形口味是之字形RF4CE。RF4CE最初由四家主要的消费电子公司 - 松下，飞利浦，三星和索尼 - 以RF4CE的名义开发，代表消费电子产品的射频，RF4CE被ZigBee联盟采用，现在被称为ZigBee RF4CE。

之字形蜜蜂联盟开发了RF4CE，将整个家庭连接在一起。娱乐系统以及家庭的传感器、监视器和控件都通过机顶盒和云相互连接并与外部世界连接。推动采用ZigBee RF4CE的主要参与者是服务提供商，他们认为这种新的网络技术将使他们能够扩大机顶盒的家庭渗透率，除了娱乐和互联网接入之外，还包括广泛的新服务和应用。

三个之字形射频射频处理器配置文件

三个之字形 RF4CE 配置文件针对不同的家庭和网络应用。

用于指点设备的ZigBee输入设备（ZID），取代了基于互联网的电视的蓝牙和IR

适用于 3D 眼镜和电视机的之字形 3D 同步 （Z3S）

ZigBee 遥控器 （ZRC），适用于各种家用传感器、娱乐系统、电视等 ， 全部连接到遥控器和/或机顶盒

ZID是为互联网电视以及触摸板，鼠标，键盘，魔杖和类似设备开发的，用于各种笔记本电脑，计算机，电视机，机顶盒和其他电子设备。与红外设备不同，ZID配置文件允许消费者从更远的距离甚至从另一个房间使用他们的设备，因为操作不仅限于视线。与红外技术相比，ZID节能设计有助于设备使用电池运行更长时间，并将大大减少设备使用寿命期间使用和处理的电池总数。

该标准提供对流行的多点触控和手势命令的原生支持，使制造商能够为其客户提供功能最丰富的产品。它还具有定义特殊功能的能力，并增强了鼠标、键盘或类似输入设备的标准行为之外的性能。

ZigBee 联盟将 ZigBee 3D 同步开发为全球标准，使 3D 视频观看更加方便、灵活和愉快。佩戴3D眼镜并使用RF（而不是IR）的用户可以在不破坏3D视图的情况下更多地四处走动。他们不必坐在一个小的甜蜜点来获得3D效果，而是可以坐在整个沙发上的任何地方。观众会发现头部移动（与IR不同）不会破坏3D体验。

ZigBee 3D Sync还为快门管理提供了标准，并使最终用户能够与各种品牌和产品（如游戏机，蓝光播放器和3D HDTV）共享一组3D眼镜。该标准将支持可变显示帧速率，以确保该标准可以与现有和未来的显示技术一起使用。此外，该标准将支持多种观看模式，并在内容在2D和3D之间变化时自动调整3D眼镜。

交互式遥控器

ZigBee遥控器设计用于连接消费电子产品：电视，家庭影院设备，DVD和视频播放器，机顶盒，音频设备和类似产品。ZRC 为先进、更环保且易于使用的射频遥控器建立了全球标准。ZRC消除了视线限制，同时还提供了双向通信，更长的使用范围和更长的电池寿命。ZigBee远程控制还可用于连接和监控家庭传感应用，如空调和暖气，家庭安全传感器和家庭健康监视器。

与红外遥控器不同，ZigBee遥控器还支持交互性，这意味着ZRC可以支持在遥控器上使用小型显示屏，该屏幕可以显示被控制设备的音量控制以及正在调谐的电台。ZRC还可以在DVR上设置和管理电视节目和电影的录制。有线电视公司和服务提供商特别感兴趣的是ZRC对交互式购物和民意调查的支持。

然而，也许ZRC最吸引人的功能是它的超低功耗。ZRC遥控器可以设计成可以使用多年，而无需充电或更换电池。在实验室测试中，单个纽扣电池型电池提供足够的功率，使ZRC遥控器运行超过10年。图 2 由 ZigBee 联盟提供，显示了使用各种技术（仅 IR、将 IR 用于电视通信和 ZigBee 遥控器用于机顶盒，以及仅将 ZigBee 用于电视和机顶盒）的遥控器将运行多长时间（以天为单位）。

图 2：与红外相比，使用ZigBee遥控器的遥控器的电池将持续更长时间。

如何使之字形远程控制 （ZRC） 更加强大

可以对ZRC进行技术改进，以保持与ZigBee建立的标准的合规性和互操作性，同时进一步提高鲁棒性和超低功耗能力。

ZRC芯片对蓝牙和Wi-Fi等2.4 GHz网络（如蓝牙和Wi-Fi）干扰的抵抗能力可以通过使用两个单独的天线来改善，以避免典型的室内波消除，从而获得比标准实现高300 dB（1，000x）的干扰鲁棒性。随着越来越多的电视和机顶盒将与Wi-Fi互联网连接一起发货，分集天线的鲁棒性将成为有效的ZigBee远程控制解决方案的重要组成部分。

新的芯片架构进一步削减了功率要求

通过使用同步唤醒（通信控制器确定何时唤醒并检查消息）和以通信控制器为中心的芯片设计，而不是以微控制器（MCU）为中心的设计，可以将ZigBee RF4CE的总功耗降低65%或更多。大多数收发器解决方案要求MCU在整个传输或整个接收封装期间保持导通状态。使用通信控制器可以释放MCU，使其仅处理要发送或接收的数据，如图3所示。

图 3：GreenPeak以通信控制器为中心的架构与传统的以微控制器为中心的方法相比。

大多数以低功耗处理器为中心的无线电设计需要微控制器来处理收发器的所有智能，因此微控制器需要始终保持唤醒状态，这需要额外的功率。相反，通过使用更节能的通信控制器方法，收发器可以独立于微处理器发送和接收数据。因此，微处理器仅在需要进一步处理数据时被唤醒和使用。

由于通信控制器决定何时唤醒并检查消息（如前所述，同步唤醒），因此设备大部分时间都可以关闭，从而大大降低了整体能耗。这对于家庭的各种环境，安全和位置传感器特别有效。由于通信控制器内部有调度程序和同步器，系统只需要唤醒片刻即可检查是否有任何消息，然后返回睡眠状态。

通过在芯片本身中使用基于硬件的调度程序和同步器，无线电仅在需要时唤醒以查看是否有任何需要发送的数据。如果没有，它将返回睡眠状态。如果有要发送的数据，控制器将唤醒微控制器。芯片传达信息，然后返回休眠状态，直到下一次计划唤醒。例如，您可能会遇到这样的情况，即10，000次中有9，999次没有要发送的消息，并且控制器不需要为微处理器通电。每次发送数据时，芯片还会发送同步消息，以确保它们在下一个占空比中一起唤醒。

图4演示了如何通过让通信控制器决定何时唤醒并检查消息来大大降低总体能耗。由于调度程序和同步器位于通信控制器内部，因此系统只需短暂唤醒以检查新消息，然后返回睡眠状态。

图 4：通过让微处理器休眠直到需要它，与典型的“始终在线”传统收发器相比，可以节省超过65%的能源使用。

峰值电流节省 – 管理打开和关闭

图5描述了常用无线传感器平台在三种典型无线传感器节点状态下的电流消耗。在状态 1 中，微处理器和收发器处于休眠模式 （10 μA）。在状态二中，微处理器在收发器处于睡眠状态（10 mA）时接通。在状态 3 中，收发器和微处理器均处于唤醒状态 （27 mA）。

图 5：三种无线节点状态和典型功耗。

在仔细检查电子电路的功耗行为时，很明显，最初看起来像平坦的电流曲线实际上与具有峰谷的山脉更相似。当某些功能模块变为活动状态时，它们会消耗峰值电流。当两个功能模块同时接通时，峰值幅度加倍。

降低峰值功率的秘诀在于仔细管理关键功能的导通和关断时间，以避免双峰。

更快、更轻松的远程控制开发

使用针对特定应用的预集成之字形 RF4CE 芯片，可以快速轻松地开发强大且低成本的 ZigBee RF4CE 遥控器。由于该行业仍处于 IR 和 RF 之间的过渡周期，因此包括用于传统产品设计的完整 IR 功能以及用于遥控器的嵌入式键盘扫描器是有意义的。

用于遥控器的ZigBee RF4CE芯片需要具有最佳的功率优化。虽然用于机顶盒或电视机的ZigBee芯片不需要针对功率进行优化，但芯片确实需要提供适当的接口以便于集成。对于电视机，UART接口是首选，而对于机顶盒，则首选SPI / TWI接口。

将每个应用的完整RF4CE功能整合到单个设备中，使低成本和可靠的RF遥控器成为现实。预集成降低了整个解决方案的成本，并使RF遥控器的选择更加容易。

审核编辑：郭婷