ZigBee On Windows Mobile-ZigBee模块的设计制作

   

    上篇文章”ZigBee On Windows Mobile—利用CF卡接口外扩”发布以后，有朋友回帖说希望我写一下ZigBee硬件模块的设计方法和流程，今天我们就来学习一下ZigBee模块是如何制作的。

    目前，生产ZigBee芯片的有好几家大公司，TI、Freescale、Atmel和Jennic等均有各自的ZigBee芯片，TI和Freescale用的比较多，设计参考文档也比较全。TI的ZigBee解决方案主页链接如下：http://focus.ti.com.cn/cn/analog/docs/rfifcomponentshome.tsp?familyId=367&contentType=4。其中包括了CC2420、CC2520、CC2430、CC2431和最新的CC2480的设计指南。Freescale的ZigBee解决方案主页链接如下：http://www.freescale.com.cn/ZigBee.asp。包括了IEEE802.15.4收发器MC13192、MC13193和单芯片MC13213、MC13214等的设计指南。

    我觉得这两家的参考设计文档比较齐全，降低了我们入门的门槛和硬件设计的难度。下面我就以Freescale的MC13213为例，说明一下硬件设计流程和方法。

    首先，从整体来看，我们可以将目标设计分为几个模块：电源模块、主芯片模块、天线模块调试接口和外围扩展模块。其中，电源模块、天线模块、调试接口和主芯片模块是必须的，可以用通常所说的”最小系统”来描述。外围扩展模块是根据用户的实际需求自行添加。

         1.  电源模块

    按照MC13213的datasheet，其工作电压范围在2-3.4V，而我们一般使用干电池或者可充电的锂电池供电，这样，我们就需要一个LDO或者DC-DC，它的作用就是将我们的电池电压降到MC13213可以工作的范围内。在这里，我们可以选用TI的76930，不仅因为体积小(SOT23封装)，而且Dropout Voltage的典型值在71mV@100mA。另外，如果用可充电的锂电池的话，需要注意加上保护电路，如下图1所示：

 

                                                                       图1. 电源模块

         2.  主芯片模块

         MC13213本身就包括了MCU和收发器，因此，它的必须外围电路很少。这里需要强调是晶振的选择问题。一般我们使用外部晶振来提供系统时钟，在这里，我选择了16M的无源晶振，如下图2所示：

 

                                                          图2：主芯片电路模块

 

         3.  天线模块

    天线的设计关系到无线信号发送和接收的质量。在Datasheet中，freescale给出了参考天线设计，称为倒F天线。这里需要注意的是：我们可以使用芯片的内部收发开关，也可以使用外部自己加的收发开关。使用外部收发开关，信号的收发效果会更加好一点，但是这样一来，成本也就增加了，即增加了一个收发开关和Balun。这里我的设计是使用了外部收发开关，如下图3所示：

                                                                                                                    图3. 天线电路模块

      

         4.  调试接口

         Freescale有自己的BDM接口，称为background debug module。一般，我们可以在板子上设计插针来实现。但是，考虑到ZigBee模块在很多情况下，它的体积要求很小，这样一来，六个插针的BDM接口就显得臃肿好多。因此，我们这里使用miniUSB接口来外扩。如下图4所示，其中的miniUSB接口还包括了电源、UART的Rx和Tx。

 

                         图4. miniUSB图

 

         5.  外围扩展模块

l  充电管理芯片：如果使用可充电锂电池的话，充电管理芯片是不能少的。这里，我们选用Freescale的MC34673。在CC(恒流)模式下，充电的电流可以通过电阻R6来调整，如下图5所示，具体可以参考其datasheet。

 

                     图5. 充电管理电路模块

l  指示灯：一般可以用指示灯来指示程序运行的状态，也就是程序可以控制的指示灯。指示灯有贴片封装的，也有直插封装的。发光强度有一般的，也有高亮的，我们可以按照实际的需求来选择。

 

l  其他外围电路可以用户自行添加，需要注意的是，我们选择芯片的时候，要考虑其工作电压和电流，因为ZigBee节点的要求就是节能和高效。

 

    今天我写在这里的东西，纯粹是硬件设计上的东西，和 Windows Mobile 一点关系没有，希望大家不要拍我啊。