无线发码遥控编码芯片的ASIC设计

文章编号：１００２－８６９２（２００７）０３－００２５－０３无线发码遥控编码芯片的ASIC设计王小华，唐宁，殷严刚，周松青（桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林５４１００４）【摘要】提出了一种通用遥控编码芯片的设计方案，阐述了芯片功能原理，对各模块的主要电路进行了设计、分析，最后对整个方案进行了仿真。

【关键词】ＡＳＩＣ码；遥控；编码ＩＣ；数字电路；计数器【中图分类号】ＴＮ９１９．６【文献标识码】ＢＡＳＩＣＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓａｌＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｄＥｎｃｏｄｅｒＣｈｉｐｆｏｒＲｅｍｏｔｅＣｏｎｔｒｏｌＷＡＮＧＸｉａｏ－ｈｕａ，ＴＡＮＧＮｉｎｇ，ＹＩＮＹａｎ－ｇａｎｇ，ＺＨＯＵＳｏｎｇ－ｑｉｎｇ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＣｏｍｍｕｎｉｃｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇｘｉＧｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＴｈｅｐａｐｅｒｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄａｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｅｎｃｏｄｅｒＩＣｏｆａｕｎｉｖｅｒｓａｌｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｏｆｅｖｅｒｙｍｏｄｕｌｅａｎｄｇｉｖｅｓｍａｎｙｏｆｃｒａｆｔｙｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｉｓｇｉｖｅｎ．【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ＡＳＩＣ；ｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｎｃｏｄｅｒＩＣ；ｄｉｇｉｔａｌｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｏｕｎｔｅｒ・实用设计・１引言目前，大多数遥控器采用的都是固定的编码芯片，这种固定编码芯片基于的是单向传输的安全系统，只能提供有限的保护。

这种系统的保密性是靠提高代码的长度来实现的，而代码长度有限，因而只能得到有限的代码组合，用空中捕捉和扫描跟踪的办法就很容易得到代码，这样就会被非法用户擅自使用。

为了使遥控命令能更可靠地传送，此通用遥控编码芯片的编码信号中还要有同步信号和地址信号，分别用于帧识别和用户识别，每一种串行编码信号都有特定的帧格式。

研究表明，采用该方法设计的编码芯片拥有２０位内码，可预烧１００万组内码组合，比同类编码芯片降低了重码率，避免了相互串扰，提高了安全性。

同时该编码芯片只有８只管脚，分别为４个按键ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｖｃｃ，ｇｎｄ，ｏｓｃ输入端，还有一个输出端，比同类编码芯片管脚数目少。

２编码字的格式每一种遥控编码芯片都有一种特定的编码格式。

可把传送一位二进制数０或１的时间作为一个时间单位Ｔ，编码信号的频率为Ｆ＝１／Ｔ。

这里用的是一种比较常用的编码格式，每一帧由同步码、地址码和数据码组成，同步码用在一帧的开始，是一帧的识别标志，宽度为８Ｔ；地址码２０位（Ａ０￣Ａ１９），宽度为２０Ｔ，数据码４位（Ｄ０￣Ｄ３），宽度为４Ｔ，总共一帧占据的时间是３２Ｔ。

对应于每一种状态，编码芯片内部能生成一种特殊的编码，这种编码也是由“１”和“０”组成，但并不是简单的用高电平代表“１”，用低电平代表“０”，而是用高电平与低电平宽度比例的不同来区分“１”和“０”，也就是所谓的占空比［１－２］。

为了提高此编码芯片传输串行信号的可靠性，故此编码芯片采用一个周期的占空比为１／４的脉冲表示０，占空比为３／４的脉冲表示１，同步信号用一个占空比为１／３２的脉冲表示，如图１所示。

４ｈ＝Ｔ，把图中时间长度为ｈ的高低电平作为二进制的１和０，那么同步信号表示为串行的１个１加上连续３１个０，地址或数据位的０和１分别用串行的１０００和串行的１１１０来表示。

３编码芯片设计本设计是在Ａｌｔｅｒａ公司的ＦＰＧＡＦＬＥＸ１０Ｋ系列器件上实现的，使用的开发软件是ＭＡＸ＋ｐｌｕｓⅡ，采用原理图输入和文本输入（ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ硬件描述语言）相结合的方式。

整个系统由振荡电路、同步电路、分频电路、地址信号与并串转换电路、存储器、译码器、数据选择器、输出控制等模块组成。

１）振荡电路这部分电路产生整个编码芯片所需的时钟信号，振荡器采用常用的ＲＣ振荡器结构。

其中，ＥＮ为使能信号（高电平有效），振荡频率取决于ＲＣ的值，通常把ＲＣ都做在ＩＣ内部，但留１个ＰＡＤ在外面，可通过调整并联在图１信号占空比ｈ３ｈ二进制数１ｈ３ｈ二进制数０ｈ３１ｈ同步信号Ｃｉｒｃｕｉｔｓ＆ｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ２５ＶＩＤＥＯＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＮｏ．３Ｖｏｌ．３１２００７（ＳｕｍＮｏ．２９９）２００７年第３１卷第３期（总第２９９期）电视技术外面的电阻来微调频率。

当ＥＮ为“０”时，输出端ＯＳＣ固定为“０”，不产生振荡；当ＥＮ为“１”时，可通过ＲＣ充放电，在输出端ＯＳＣ产生振荡。

此ＯＳＣ作为整个电路的时钟输入端。

２）同步电路在编码芯片电路中，帧同步是数字同步复接设备中的重要部分［１］。

同步电路的作用是产生具有某种特征的同步信号，同步信号一般是用不同形状的脉冲来代表的。

对同步脉冲有以下的要求：同步脉冲要比指令脉冲的抗干扰能力强，这样可提高遥控设备的抗干扰能力；同步脉冲应具有不同于指令脉冲的特征，以便译码电路能将它鉴别出来；同步脉冲的产生电路及鉴别电路应尽量简单可靠。

本设计的同步电路经过Ｄ触发器滤除毛刺。

该同步电路同时做为并行取样电路，只是同步电路的时钟用分频电路的输出１１００，而不是整个电路的时钟ｃｌｋ。

其仿真波形如图３所示。

由以上的仿真波形图可看出，以时间单位为Ｔ＝４ｈ的高低电平表示二进制数的“１”和“０”，整形后的同步信号为１０００００００００００００００００００００００００００００００。

３）分频电路分频电路用来产生串行的１０００与１１１０，１０００与１１１０分别代表地址位与数据位的“０”和“１”。

同时分频电路的ｑ２ｓｈｕｃｈｕ作为并串转换电路与并行取样脉冲信号的时钟信号。

其仿真波形如图４所示。

４）存储器电路存储器电路由编码芯片的按键Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４作为地址信号，４位数据Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４作为存储器的输出，存储器的４个数据输出分别作为４个Ｄ触发器的输入，每个Ｄ触发器的时钟为ｃｌｋ，４个Ｄ触发器数据输出分别作为并串转换电路Ｄ［４］，Ｄ［３］，Ｄ［２］，Ｄ［１］的输入信号。

该存储器电路如图５所示。

５）地址信号与并—串转换电路能将并行数字信号转换为串行数字信号的电路称为并—串转换电路［２］。

所谓并行信号就是ｎ条信号线在传输时必须是各位同时传送。

而串行信号是从低位到高位或者从高位到低位顺序逐位传输的。

６）编码芯片系统设计整个系统由振荡电路、同步电路、分频电路、地址信号与并串转换电路、存储器、数据选择器、输出控制等模块组成。

振荡电路做为整个电路的时钟信号，同步电路做为遥控解码信号的识别标志。

为使信号避免相互干扰和码间冲突，在并串转换电路输出的ｄｉｚｈｉｓｈｕｊｕｂｉｎｇｃｈｕａｎｓｈｕｃｈｕ加上一个非门，得到ｄｉｚｈｉｓｈｕｊｕｂｉｎｇｃｈｕａｎｓｈｕｃｈｕｆｅｉ，这样并串就得到了两个输出。

当输出为ｄｉｚｈｉｓｈｕｊｕｂ－ｉｎｇｃｈｕａｎｓｈｕｃｈｕ时，使这个输出与分频器的输出Ｚ１１１０相与，当输出为ｄｉｚｈｉｓｈｕｊｕｂｉｎｇｃｈｕａｎｓｈｕｃｈｕｆｅｉ时，使这个输出与分频器的输出Ｚ１０００相与，两个相与后的输出经过一个或门，或门的输出就得到了输出ｅ，这样产生的输出ｅ避免了相互串扰、降低了重码率。

该编码芯片的总体电路如图６所示。

４仿真及分析综合考虑实际的应用和成本，拟以２．２!ｍ的铝栅工艺流片，按照ＮＭＯＳ管宽长比为３∶１，ＰＭＯＳ管宽长比为６∶１的比例设置（有些地方需要做适当调整），对于有毛刺输出的要加Ｄ触发器消除。

由以上各个模块组成编码芯片的整体电路在开发软件ＭＡＸ＋ｐｌｕｓⅡ上输出一帧信号图２常用ＲＣ振荡器ＲＣｃｌｋ５４３２ＮＯＴＮＯＴＮＯＴＮＡＮＤ２ＯＳＣ电路与应用２６ＶＩＤＥＯＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＮｏ．３Ｖｏｌ．３１２００７（ＳｕｍＮｏ．２９９）图６整体电路结构图的仿真波形如图７所示。

由图７可看出，该编码芯片同步信号为１０００００００００００００００００００００００００００００００。

该芯片的地址信号为１１１０１０１１１０１１０００１１０１１，数据信号为１１０１，２０位地址信号和４位数据信号的“１”和“０”分别用占空比为１１１０和１０００表示，１１１０和１０００用１６进制表示为Ｅ和８，那么地址信号为８０位，数据信号为１６位，８０位地址信号用１６进制表示为ＥＥＥ８Ｅ８ＥＥＥ８ＥＥ８８８ＥＥ８ＥＥ。

４位数据信号用１６进制表示为ＥＥ８Ｅ。

故此编码芯片输出一帧信号ｗｘｈ８００５１９为１０００００００００００００００００００００００００００００００ＥＥＥ８Ｅ８ＥＥＥ８ＥＥ８８８ＥＥ８ＥＥＥＥ８Ｅ，用二进制表示输出为１２８位信号。

该编码芯片的应用，只要改变按键ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４的输入信号，应用该芯片就可控制不同的１５路信号，而不是单一的一路信号。

５小结综上所述，无线发码通用遥控编码芯片的研制，采用了较为先进的技术。

该芯片的逻辑设计、仿真、版图绘制及验证在ｔａｎｎｅｒ设计环境中完成［３］。

由于电路规模较小，采用全定制手工布线，大大减小了芯片面积。

该芯片采用２．２!ｍ的铝栅工艺制造，成本低廉、工艺成熟、稳定可靠，因此本设计适合开发各种低成本遥控报警器及各种遥控系统，如可应用在家用电器遥控、车库门控制、防盗报警器等多种遥控场合。

此通用编码芯片不仅可给人们的工作和生活带来很多便利，同时具有较好的推广应用价值。

在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越小，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。

参考文献［１］肖景和，赵健．无线电遥控组件及其应用电路［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００４．［２］何书森．实用遥控电路原理与设计速成［Ｍ］．福州：福建科学技术出版社，２００２．［３］廖裕平．ＴａｎｎｅｒＰｒｏ集成电路设计与布局实战指导［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．!作者简介：王小华（１９８０－），硕士生，主研专用集成电路设计；唐宁，教授，硕士生导师，主要从事专用集成电路等方面的研究；殷严刚（１９８１－），硕士生，主研专用集成电路设计；周松青（１９８１－），硕士生，主研专用集成电路设计。

责任编辑：张家豪收稿日期：２００７－０１－２５图７一帧信号的仿真波形Ｃｉｒｃｕｉｔｓ＆ｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ北京中视中科光电技术有限公司获得视像协会大奖目前，北京中视中科光电技术有限公司获得了中国电子视像行业协会大屏幕投影显示设备分会颁发的两项大奖，分别是“首届十大大屏幕行业系统集成工程案例”和“首届十大大屏幕行业系统集成工程商”。

作为激光显示领域的专家，中视中科致力于成为国际大色域激光显示技术的领先者，并不遗余力地推动激光显示技术的产业化。