基于HopeRF的CMT2156A的无线自发电开关应用

  ：介绍了基于华普微公司CMT2156A用于无线自发电开关的应用方案。无线自发电开关不但可以解决建筑设计及装修的灵活性问题，还能解决传统无线开关需要定期更换电池的麻烦及电池产生的环境污染。该方案设计能成为当今节能减排大环境下最具推广和使用价值的一种绿色电气产品应用，实现科技绿色环保电工产品的家居智能化。

  华普微公司的CMT2156A是一款针对微能量收集并进行发射的单芯片，内嵌可配置编码的高性能OOK射频发射器，支持（240~480）MHz 的能量手机无线发射的应用。该芯片集成的编码器兼容市面上最常用的1527、2262 编码格式，还支持自定义灵活性更高的1920 编码，与华普微CMT221x 系列单接收射频芯片配对使用，能轻松实现低成本且环保的免电池、免布线电子遥控产品。

  无线自发电开关无需接入电池、电源等供电设备，完全通过开关的机械动作自主发电产生工作能量。

  基本原理是电磁感应，通过手按动、拨动、转动开关的动作来操作磁条切割线圈来产生电能，产生的电能驱动后端的功能、射频电路工作，具体见图1。

  2）单路多功能无线。典型应用：无线。典型应用：多路灯控开关、多功能开关组、电器控制开关几遥控开关等。

  1）为减少外围元件数，CMT2156A 采用单引脚晶体振荡电路，晶体振荡所需的负载电容集成在芯片内部。

  2） 在每次上电复位（POR）时，芯片内部的模拟模块都根据内部基准电压源校准，可以让芯片在不同温度计电压下更好地工作。

  3） 数据发射由按键动作触发，所发射的数据调制后通过一个高效功率放大器发射出去， 发射功率在（-10~13）dBm范围内， 以1 dB步进进行设置。

  4）用户都能够通过USB Programmer 和RFPDK 将频率、输出功率及别的产品参数烧录到芯片内置EEPROM中，以简化开发及生产，减少相关成本。用户也可以直接用433.92 MHz 等默认参数的现货库存直接生产，免除生产烧录环节。

  ● ANT 天线，CMOSTEK 提供的DEMO 板用的是胶棒天线。实际应用中，用户可结合实际需要替换为PCB 天线、导线天线或弹簧天线等别的类型的天线。必须要格外注意的是，不同的天线会影响到匹配网络及各元件值的选取。

  ● 晶体应该尽可能靠近CMT215xA/56B，以减少走线寄生电容。这可以大大降低频率偏差的可能。

  ● 晶体应尽可能远离PA 输出、天线及数字走线，并在其周围尽可能多铺地。这样可大大降低晶体被PA输出干扰的可能。

  ● 晶体负载电容集成在芯片内，默认为15 pF，片外无需外挂负载电容，用户都能够直接选用频率为26 MHz，负载电容为15 pF 的晶体。为了安全起见，建议用户在PCB 上预留测试点，方便在线）数字信号（包括 DATA 和CLK）设计说明

  4）电源及地设计说明为了减轻电源上的噪声/ 纹波对芯片的影响，以及PA 输出对电源的影响， 用户应当在芯片的VDDRF 管脚处（C8） 设计滤波电容。

  ● 地的走线使得电流的回流路径环面积最小，以尽量减小从供电环路向外辐射。

  ● 芯片底部最好还是不要走线，多铺地，以减小对射频输出传输线阻抗的连续影响，并增强ESD 性能。

  ● PCB 边沿尽量多打间距不超过λ/10 的过孔，以减小PCB 边沿的高次谐波辐射。

  ● R1 电阻的功能主要在于释放Power down 时电路中的电容与电感所存的电荷，使芯片能正常进行power up。其大小由L0 与电容的大小及每秒发射的次数确定，不加R1 电阻或R1 电阻值加得太大，可能按下电机时会误触发芯片进入发射状态或导致上电不成功、无发射。

  对功耗要求比较严格的发射应用中，CMT2156A 提供了多种方法来满足多种应用场景的需求。具体包括：

  ● 在取能电感和电源之间串一个电阻（图中未示出），通过改变电阻值来调节发射功率。但是由于电阻的存在，这种方法会降低发射效率，所以我们推荐使用改变芯片发射功率设置的方法改变发射功率

  匹配网络的目的是把输出阻抗匹配到天线的阻抗上，不当的阻抗会降低发射效率，浪费功耗。根据不同的天线，用户应该借助网络分析仪等工具和手段，设计一套对于具体应用来说较优化的匹配网络，以达到提高发射效率，优化功率的目的。

  另外，有必要注意一下的是，降低匹配网络滤波器的阶数，也可以某些特定的程度上提高发射效率，降低功耗。但是滤波器阶数的降低带来的是谐波抑制的减弱，所以这种方法适用于对谐波辐射要求不高的应用场合。

  在同样包间隔的前提下，提高发射数据率可以缩短发射包的时间，以此来降低平均功耗（如图7）。有必要注意一下的是，数据率的提高可能会降低接收灵敏度，进而影响传输距离。

  CMT2156A 可以直接驱动LED 以指示发射状态或低电压状态。在LED 与VDD 之间串联限流电阻，在可接受的亮度条件下尽可能地降低由驱动LED 消耗的电流。

  CMT2156A 是集成度高的单芯片解决方案，客户仅需选择正真适合外观结构微能量发电机，并匹配相应储能电容就可以完成设计，降低产品设计难度。目前的分立器件方案设计要选择合适结构发电机、性能好的肖特基二极管作全桥整流，选择低功耗高效率的DC-DC 电源器件，并依据这一些器件选择进行发射参数的优化。其次，产品原理虽然简单，但要设计出成本优、性能好的产品，需要一个系统性设计以及反复验证和测试。而使用CMT2156A 则能大量简化这些选型工作，且一致性好。