中國(guó)的公路不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)應(yīng)用市場(chǎng)越來(lái)越大，為了促進(jìn)ETC應(yīng)用的快速發(fā)展和成熟,，國(guó)家相關(guān)部門開(kāi)展了高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費(fèi)的試點(diǎn)工程,，比如，京津翼地區(qū)和長(zhǎng)三角地區(qū),，所以對(duì)車載單元（OBU）的需求量也隨之大幅增加,。
目前市場(chǎng)上應(yīng)用的OBU多數(shù)是通過(guò)分立元器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，存在一致性,、穩(wěn)定性和可靠性的問(wèn)題。博通（BEKEN）集成電路于2010年年初推出用于 ETC系統(tǒng)的射頻收發(fā)器芯片BK5822,，是目前世界上唯一一款集成了包括接收,、發(fā)射和喚醒在內(nèi)的全部射頻功能的國(guó)標(biāo)ETC收發(fā)器，其性能指標(biāo)完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20851.1-2007和GB/T 20851.2-2007,。BK5822設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的OBU完全解決了上述問(wèn)題,，批量生產(chǎn)的OBU具有一致性以及穩(wěn)定可靠性。
與應(yīng)用分立元器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的OBU方案相比,，BK5822僅需少量外部器件,，最大程度上節(jié)約了PCB面積和外圍器件的成本，縮短了研發(fā)周期,，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的成品率，BK5822集成了OBU所需的全部射頻功能模塊,，使設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單,，研發(fā)調(diào)試更容易,，量產(chǎn)的 OBU產(chǎn)品性能更穩(wěn)定。
基本技術(shù)特性
BK5822射頻收發(fā)器內(nèi)部集成了完整的射頻收發(fā)和調(diào)制解調(diào)功能,，并嵌入了數(shù)據(jù)幀處理功能，進(jìn)行FM0的編解碼,。同時(shí)BK5822還集成了喚醒電路，能夠在電流很低的睡眠狀態(tài)被喚醒,，滿足了ETC OBU在睡眠狀態(tài)超低功耗的要求,。BK5822采用了常用的小尺寸28pin 5mm×5mm QFN封裝（圖1），加上簡(jiǎn)單的外圍應(yīng)用電路,，大大減小了在PCB上所占用的空間，從而節(jié)省了成本,。
圖1： BK5822 5mm×5mm QFN封裝芯片
BK5822射頻收發(fā)器的基本特性如下：工作頻段5.7GHz~5.85GHz,；能夠同時(shí)接收5.83GHz和5.84GHz兩個(gè)信道的信號(hào)；數(shù)據(jù)速率：上行512kbps,，下行256kbps；輸出功率為2dBm（傳導(dǎo)）,；接收鏈路集成了AGC功能,，能動(dòng)態(tài)調(diào)整接收鏈路的增益,；接收靈敏度達(dá) -60dBm,；ASK調(diào)制方式,，F(xiàn)M0編解碼,；內(nèi)置喚醒電路,，喚醒靈敏度為-42dBm,；發(fā)射功耗為40mA,；接收功耗為35mA,；支持2.6V到 3.6V的電源電壓,；睡眠狀態(tài)的電流為13μA；最高8MHz的4線SPI接口,。
主要功能模塊
BK5822全部集成了ETC OBU的各射頻功能模塊,，圖2為BK5822射頻收發(fā)器內(nèi)部的系統(tǒng)框圖,，下面結(jié)合圖2對(duì)各功能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)要的描述。
圖2： BK5822射頻收發(fā)器內(nèi)部的系統(tǒng)框圖
發(fā)射模塊（請(qǐng)做粗宋）：對(duì)于發(fā)射有四種常用的工作模式,，分別為發(fā)射單載波信號(hào)、發(fā)射正常burst信號(hào),、發(fā)射PN9連續(xù)信號(hào),、發(fā)射全“0”數(shù)據(jù)信號(hào),。發(fā)射正常Burst信號(hào),，用戶只需向發(fā)射的FIFO中直接寫(xiě)入所需要發(fā)射的數(shù)據(jù),，BK5822檢測(cè)到FIFO中有數(shù)據(jù)后，打開(kāi)發(fā)射相關(guān)電路,，將數(shù)據(jù)調(diào)制到載波上,，發(fā)送出去，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后,，發(fā)射相關(guān)電路關(guān)閉,，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),。其它三種工作模式用于測(cè)試模式,，完成射頻性能的測(cè)試。發(fā)射的調(diào)制深度是可調(diào)的,，由數(shù)據(jù)調(diào)制前的Ramp決定；發(fā)射功率也是可調(diào)控的,，通過(guò)相應(yīng)寄存器的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，功率的調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到22dB,。
接收模塊（請(qǐng)做粗宋）：接收機(jī)采用低中頻結(jié)構(gòu),，在下變頻后的Rx Filter是一個(gè)中間頻率在5MHz的帶通濾波器。當(dāng)使BK5822進(jìn)入接收狀態(tài)，并且BK5822接收到數(shù)據(jù)包結(jié)束標(biāo)志后,，便自動(dòng)將Rx關(guān)閉,，同時(shí)中斷引腳發(fā)出接收中斷，BK5822進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，直到FIFO里面的數(shù)據(jù)被讀空,，或者清除接收中斷后，接收才重新打開(kāi)以等待接收數(shù)據(jù),。如果BK5822沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)包結(jié)束標(biāo)志，將一直處于接收狀態(tài),，此時(shí)如果要退出接收狀態(tài)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),，需要通過(guò)相應(yīng)寄存器設(shè)置強(qiáng)制關(guān)閉接收模塊。為了對(duì)BK5822接收的信號(hào)進(jìn)行更好的解調(diào)和解碼，BK5822內(nèi)部集成了一個(gè)AGC（自動(dòng)增益控制）,，實(shí)現(xiàn)接收鏈路增益的自動(dòng)調(diào)節(jié),。
喚醒模塊（請(qǐng)做粗宋）：對(duì)14KHz方波進(jìn)行檢測(cè),，檢測(cè)到N個(gè)方波后,，BK5822給出喚醒中斷信號(hào)。這里的N可由用戶設(shè)定,，范圍是1~16。BK5822內(nèi)部集成了帶通的鑒頻器,，實(shí)現(xiàn)10KHz~20KHz范圍內(nèi)的方波能夠產(chǎn)生喚醒中斷,，大大減小了誤喚醒的概率。
系統(tǒng)應(yīng)用分析
應(yīng)用BK5822設(shè)計(jì)ETC OBU,，電路實(shí)現(xiàn)方面十分簡(jiǎn)單,，圖3是應(yīng)用BK5822設(shè)計(jì)ETC OBU的系統(tǒng)框圖。從圖可看出,，整個(gè)OBU系統(tǒng)主要有兩顆芯片,，一個(gè)是主控芯片MCU，另一個(gè)是射頻收發(fā)器BK5822,。BK5822的外圍應(yīng)用器件很少,，一顆是32.768MHz的晶振，其它主要是匹配電路應(yīng)用的無(wú)源器件,。發(fā)射,、接收和喚醒部分的匹配電路均采用單端輸出和輸入的結(jié)構(gòu)，便于研發(fā)調(diào)試和外圍器件的成本控制,。接收和發(fā)射共用一個(gè)微波天線,，通過(guò)一個(gè)PIN微波二極管來(lái)控制收發(fā)的切換。微波天線具有圓極化的特性,，方向性較強(qiáng),，應(yīng)用普通PCB板材實(shí)現(xiàn)的PCB板上印制微波天線，大幅降低了成本,。
圖3： 應(yīng)用BK5822實(shí)現(xiàn)的ETC OBU系統(tǒng)框圖
主控MCU通過(guò)SPI來(lái)控制射頻收發(fā)器BK5822,，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)OBU的功能。BK5822提供一個(gè)最高速率可達(dá)8MHz的SPI接口,，它由四根信號(hào)線組成,，分別為MOSI,、MISO、CLK和CSN,。通過(guò)SPI接口,，用戶通過(guò)讀寫(xiě)寄存器的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。
實(shí)際應(yīng)用 BK5822實(shí)現(xiàn)的OBU,，在程序初始化后,，一般來(lái)說(shuō)，只是通過(guò)兩個(gè)中斷信號(hào)觸發(fā)MCU之后,，才與BK5822進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。一個(gè)中斷信號(hào)為喚醒中斷，另一個(gè)為IRQ中斷,。IRQ的中斷信號(hào)在接收到數(shù)據(jù)或發(fā)射完數(shù)據(jù)后產(chǎn)生,。具體MCU和BK5822的交互流程圖如圖4所示。
圖4： MCU和BK5822交互流程圖