《常用红外数据传输电路的设计及其注意事项.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《常用红外数据传输电路的设计及其注意事项.docx（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、常用红外数据传输电路的设计及其注意常用红外数据传输电路的设计及其注意 事项事项摘要：简要介绍 IrDA 红外数据传输的特征；详细说明各种常见 IrDA 类型器件的构成；重点阐述常用红外数据传输电路的设计及其注意事项。关键词：红外数据传输红外检测 IrDA 编/解码调制/解调引言红外数据传输，成本低廉、连接方便、简单易用、结构紧凑，在小型移动设备中得到了广泛的应用。近年来，很多著名半导体厂商，如Agilent、Vishay、Sharp、Zilog、Omron 等，相继推出了许多遵循同一规范的不同类型的器件。本文就 IrDA 红外数据传输、各种 IrDA 器件的构成及其不同类型的红外通信电路设计进
2、行综合阐述。1 红外数据传输及其规范简介红外数据传输，使用传播介质红外线。红外线是波长在 750nm1mm 之间的电磁波，是人眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在m25m 之间。红外数据协会成立后，为保证不同厂商的红外产品能获得最佳的通信效果，限定所用红外波长在850nm900nm。IrDA 是国际红外数据协会的英文缩写，IrDA 相继制定了很多红外通信协议，有侧重于传输速率方面的，有侧重于低功耗方面的，也有二者兼顾的。协议基于异步收发器UART，最高通信速率在，简称 SIR(SerialInfrared，串行红外协议)，采用 3/16ENDEC 编/解码机制。协议
3、提高通信速率到 4Mbps，简称 FIR(FastInfrared，快速红外协议)，采用 4PPM(PulsePositionModulation，脉冲相位调制)编译码机制，同时在低速时保留协议规定。之后，IrDA 又推出了最高通信速率在 16Mbps 的协议，简称VFIR(VeryFastInfrared，特速红外协议)。IrDA 标准包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范 IrPHY(InfraredPhysicalLayerLinkSpecification)，红外连接访问协议 IrLAP(InfraredLinkAccessProtocol)和红外连接管理协议IrLMP(Infr
4、aredLinkManagementProtocol)。IrPHY 规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP 和 IrLMP 为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在 IrLAP和 IrLMP 基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA 还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P 等等。红外传输距离在几 cm 到几十 m，发射角度通常在015，发射强度与接收灵敏度因不同器件不同应用设计而强弱不一。使用时只能以半双工方式进行红外通信。在此把符合 IrDA 红外通信协议的器件称为 IrDA 器件，符合 SI
5、R 协议的器件称为 SIR 器件，符合 FIR 协议的器件称为 FIR 器件，符合 VFIR 协议的器件称为 VFIR 器件。2 红外数据传输的基本模型红外数据传输可用图 1 简单表示。3IrDA 器件的类型划分根据图 1 所述模型，把 IrDA 器件划分类型，如图 2 所示。 根据传输速率的大小，可以把 IrDA 器件区分为SIR、FIR、VFIR 类型。如 Vishay 的红外收发器，TFDU4300是 SIR 器件，TFDU6102 是 FIR 器件，TFDU8108 是 VFIR 器件。根据应用功耗的大小，可以把 IrDA 器件区分为标准型和低功耗型。低功耗型器件，通常使用电源，传输距
6、离较小(约 20cm)，如 Agilent 的红外收发器 HSDL-3203。标准型器件，通常使用 DC5V 电源，传输距离大(在 30cm几十 m)，如 Vishay 的红外接收器 TSOP12xx 系列，配合其发射器TSAL5100，传输距离可达 35m。使用上述三种分类方法，可以清晰地表明一个 IrDA 红外器件的性能。如 Agilent 的 SIR 标准型红外收发器 HSDL-3000。4IrDA 器件的构成及其使用红外发送器件红外发送器大多是使用 Ga、As 等材料制成的红外发射二极管，其能够通过的 LED 电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大；发射强度越大，红外传输距离就越
7、远，传输距离正比于发射强度的平方根。有少数厂商的红外发送器件内置有驱动电路。该类器件的构成如图 3 所示。红外发送器件在使用时通常需要串联电阻，用以分压限流。红外检测器件红外检测器件的主要部件是红外敏感接收管件，有独立接收管构成器件的，有内含放大器的，有集成放大器与解调器的。后面两种类型的红外检测器件构成如图 4 所示。接收灵敏度是衡量红检测器件的主要性能指标，接收灵敏度越高，传输距离越远，误码率越低。内部集成有放大与解调功能的红外检测器件通常还含有带通滤波器，这类器件常用于固定载波频率(如 40kHz)的应用。红外收发器件红外收发器件集发射与接收于一体。通常，器件的发射部分含有驱动器，接收部
8、分含有放大器，并且内部集成有关断控制逻辑。关断控制逻辑在发送时关断接收，以避免引入干扰；不使用红外传输时，该控制逻辑通过 SD 引脚接受指令，关断器件电源供应，以降耗节能。使用器件时需要在 LED 引脚接入适当的限流电阻。大多数红外收发器件带有屏蔽层。该层不要直接接地，可以通过串联一磁珠再接地，以引入干扰影响接收灵敏度。红外收发器件的构成如图 5 所示。红外编/解码器件编/解码，英文简称 ENDEC，即实现调制/解调。编/解码机制，SIR 器件多采用 3/16ENDEC，FIR 器件多采用4PPMENDEC。在此解释一下 3/16ENDEC，其它可参阅有关资料。3/16ENDEC，即把一个有效
9、数字位(bit)时间段，划分为 16 等分小时间段，以连续 3 个小时间段内有无脉冲表示调制/解调信息。红外编/解码器件，需要从外部接入时钟或使用自身的晶体振荡电路，进行调制或解调。红外编/解码器件，有单独编码的集成器件，如键盘遥控红外编码器 Mitsubishi 的 M50462AP；也有集编码/解码于一体的，这类器件较为多见，其构成如图 6 所示。红外接口器件红外接口器件，实现红外传输系统与微控制器、PC 机或网络系统的连接。设计中经常使用的器件有 UART 串行异步收发器件、USB 接口转换器件等。USB 接口器件，实现红外收发与 PC 机的 USB 连接。集成度较高的 USB 接口器件
10、如 SigmaTel 的STIr4200。STIr4200 全兼容和，IrDA 速率在4Mbps，内含有红外编/解码器和 4KB 的 FIFO 缓存，20/28 脚封装，可直接相联标准的 IrDA 收发器件，其构成如图 7 所示。5 常用红外数据传输电路设计家电红外遥控收发电路的设计彩电、空调、VCD 等家用电器的遥控收发，是单向传输，通信距离通常在 35m，调制/解调的载波频率通常在3640kHz，可用“集成键盘编码 IC+带驱动的红外发射管”构成发射遥控器，用“带放大与解调功能的红外检测器”构成接收端，接收后的信息可直接送给简易单片机(如AT89C2051)，由单片机通过软件进行遥控功能识
11、别并产生相应动作。图 8 是一个通用的家电遥控收发电路框图。机简易红外收发装置设计现在的笔记本电脑、掌上电脑、移动手机等，常常集成有含编/解码功能(38kHz 载波)的 5 针红外接口；可以很容易地设计电路，给 PC 机配上红外收发装置，无须考虑调制/解调。5 针红外接口插座引脚定义了：一对电源脚 Vcc 和GND，一对收发接口 IrTx(红外发射端)和 IrRx(红外接收端)，有一针 NC 未定义。根据 IrDA 异步串行通信有关标准，IrTx 引脚能提供的输出电流，IrRx 引脚在吸收 给 PC 机加上红外收发装置后，需要对系统做如下设置：在 BIOS 中打开红外线接口，在使用时于设备管理
12、器中启动“红外线监视器” 。通常，PC机红外接口与其 COM2 口共用同一地址和中断，打开了红外接口，COM2 口就不能再使用了。红外收发电路设计这种类型电路工作在异步串行通信方式下，可以直接采用“UART 电平转换器件+红外编/解码器件+红外收发器件”构成。图 10 是一个设计举例，图中器件使用了 Maxim 的MAX232。MAX232 完成 RS232 信号电平到标准数字信号电平(如 5V 系统)的转换，HSDL-7000 是红外编/解码器。红外收发电路设计设计这种类型的电路，最简捷的途经就是使用 USB-IrDA 接口器件。图 11 是采用 SigmaTel 的 STIr4200 接口
13、器件的一个设计举例。STIr4200 有一个可选择的外部增强性发射端口，如果要增强红外传输能力(如传输距离)，可在该端口增加发射管。对于STIr4200，SigamTel 提供有各种 Windows 版本的驱动程序，使用十分方便。微控制器-IrDA 红外收发电路设计现在很多微控制器，内部集成有 UART 单元及其接口，支持 IrDA 标准，并可以直接与红外收发体系连接。图 12是这类电路设计的一个举例。图中 MCP2120 是 Microchip的红外可编程波特率编/解码器件。有些微控制器，如 80C51 单片机，虽然内含有 UART，却不支持 IrDA 标准或高速通信，不能直接相连红外收发体
14、系。还有些微控制器，虽然所含的 UART 可以直接连接红外收发体系，但 UART 已用于其它目的。此时，可以选用 UART接口器件。图 13 是 80C51 通过 Maxim 的 MAX3110 连接红外收发体系的，80C51 单片机没有 SPI 接口。这里使用其 I/O口，通过软件模拟 SPI 工作机制。MAX3110 有一个收发传输中断脚，十分有利于软件编制。6 红外数据传输电路设计的注意事项要做好红外器件的选型。要求传输快速时，可选择FIR、VFIR 收发器与编/解码器。要求长距离传输时，可选择大 LED 电流、小发射角发射器和灵敏度高的接收检测器。低功耗场合应用时，可选取低功耗的红外器
15、件。要注意低功耗与传输性能之间存在着矛盾：通常低功耗器件，传输距离很小。这一点在应用时应该综合考虑。红外数据传输是半双工性质的。为避免自身产生的信号干扰自身，要确保发送时不接收，接收时不发送，可以着眼于软件设计，使软件在一种状态时暂不理会另一种状态；同时要合理设置好收发之间的时间间隔,不立即从一种方式转入另一种方式。要合理设计好各种红外器件的供电电路，选择适当的 DC-DC 器件，恰当地进行电磁抑制，做好电源滤波。同时还要注意尽可能减少功耗，不使用红外电路时要在软件上能够控制关闭其供电。很多厂家对自己推出的红外器件都有推荐的电路设计，要注意参考并实验。PCB 设计时，要合理布局器件。滤波电感、电容等要就近器件放置，以确保滤波效果；红外器件与系统的地线要分开布置，仅在一点相连；晶体等振荡器件要靠近所供器件，以减少辐射干扰。增大红外传输距离、提高收发灵敏度的方法：增加发射电路的数量，使几只发射管同时启动发送；在接收管前加装红色滤光片，以滤除其它光线的干扰；在接收管和发射管前面加凸透镜，提高其光线采集能力等等。
