摘 要：本文介紹了基于WirelessUSB LS技術的低成本無線人機接口設備的設計方法。重點闡述了WirelessUSB LS系統組成，收發器CYWUSB6932/34的工作原理，以及系統軟硬件設計。此種設計方案相對于傳統的設計方法具有成本低、應用簡單、抗干擾能力強等特點，可以方便的擴展應用于所有支持USB接口的設備上。
關鍵字：WirelessUSB；DSSS直接序列擴頻；CYWUSB6934；HID
引言
如今藍牙、無線局域網、Wi-Fi無線技術蓬勃發展、WirelessUSB、ZigBee等無線個人無線電技術層出不窮。低成本的無線新產品正在瞄準產業自動控制、游戲、PC外圍設備等應用領域。數據通信和無線通信芯片廠商Cypress最近發布了市場上首款價格低于2美元的2.4GHz無線電系統級芯片樣片（并稱未來兩年內有望將價格降至1美元以下）。該芯片樣片基于Cypress的WirelessUSB LS技術，具有高度集成的無線收發器和數字基帶，采用該項技術，鍵盤、鼠標、視頻游戲控制器等無線人機接口設備(HID)制造商能夠縮短產品開發時間、減少元件數目并降低系統成本，從而提高設備的可操作范圍、降低功耗和縮短延遲時間。采用802.11、藍牙和ZigBee組建無線網絡，需要高性能的處理器和額外的ROM或閃存來處理組網帶來的大量額外開銷，同時伴隨著較高的功耗，但鼠標、鍵盤、游戲手柄等設備并不需要復雜的網絡，相反，這些設備需要的是簡單、快捷、廉價的點到點或多點到多點通信。WirelessUSB并非聯網解決方案，因此沒有相關成本或功率開銷，支持USB的即插即用，無需驅動程序和標準/認證過程，使用全球通用的2.4GHz ISM頻段，通信距離高達10m，平均延遲時間小于4ms，采用數據驅動的工作方式，不發送數據時則自動進入"掛起"狀態，休眠電流為1 A，電池壽命可達6到9個月，可連接8個設備，即便在復雜的無線環境下，上百個無線USB設備也可同時使用，為眾多應用提供了剪斷連線、自由移動的可能。目前將一個USB設備以專用無線方式與主機相連，都需要通過一個連在USB端口上的專用無線收發器，而每種USB外設的收發器各不相同。如果WirelessUSB技術成為標準，那么只要在一個USB接口上插一個WirelessUSB收發器，就可以支持任何無線USB設備，而不必再使用各自不同的專用收發器。相對于藍牙和ZigBee技術過于復雜且成本昂貴，WirelessUSB價格低廉、應用簡單， 已經成為點對點和點對多點的短距離無線系統的事實標準。
WirelessUSB LS系統
WirelessUSB LS 提供了一種低成本的無線人機接口設備解決方案，適用于鼠標、鍵盤、游戲手柄和操縱桿等PC外設，取代目前基于27MHz的傳統的無線人機接口解決方案。一個WirelessUSB LS系統包括一個WirelessUSB LS Bridge和至少一個WirelessUSB LS HID（human interface device 人機接口設備）。而主機PC完全不用控制無線的連接，WirelessUSB LS設備相對于主機的連接和一個有線的USB設備完全相同，因此在主機上不用針對WirelessUSB LS系統設備額外增加軟件驅動。
WirelessUSB LS系統設備分為純發送設備和發送接收設備兩種，分別使用Cypress公司出品的CYWUSB6932/34集成電路芯片。WirelessUSB LS系統根據使用的設備不同可以分為WirelessUSB LS 1-Way系統和WirelessUSB LS 2-Way系統兩類。
WirelessUSB LS 1-Way系統
WirelessUSB LS 1-Way系統中每個HID設備都裝有一個WirelessUSB LS純發送設備。與PC主機相連的Bridge裝有一個WirelessUSB LS發送接收設備，如圖1，主要針對強調簡單發送的人機接口設備的應用，例如鼠標、鍵盤。
圖1 WirelessUSB LS 1-Way系統（略）
WirelessUSB LS 2-Way系統
WirelessUSB LS 2-Way系統區別于WirelessUSB LS 1-Way系統，每個設備都裝有一個WirelessUSB LS發送接收設備，如圖2。這樣就允許HID設備接收Bridge發送的數據和指令，主要針對強調雙向通信的人機接口設備的應用，例如游戲震動手柄、鍵盤、玩具等。
圖2 WirelessUSB LS 2-Way系統（略）
當然，工程師們也可按自己的設計要求設計網絡，一部分為1-Way系統，另一部分為2-Way系統。
CYWUSB6932/34介紹
CYWUSB6932/34是CYPRESS公司最新推出的低成本高集成2.4GHz直接序列擴頻（DSSS）射頻片上系統（SOC）。其中CYWUSB6932為純發送型號。CYWUSB6934為發送接收型號。CYWUSB6932/34提供了完整的針對WirelessUSB LS的串口SPI到射頻發射的調制解調方案。其主要特點：（1）該器件工作在ISM（工、科、醫公共頻段）頻段（2.4GHz~2.483 GHz） ；（2） 90dBm接收靈敏度；（3）高達0dBm輸出功率；（4）10m以上的全方向傳輸范圍；（5）數據傳輸率達62.5kbits/sec；（6）SPI微機接口，支持數據傳輸速率高達2MHz；（7）直接序列擴頻可設置的基帶檢波器；（8）靜態電流低于1 A；（9）工作電壓范圍：2.7V~3.3V。
內部結構及工作原理
CYWUSB6932/34內部集成了串行數據接口，串并/并串轉換器，一個2.4GHz的射頻收發器，一個高斯型的頻移鍵控調制解調器（GFSK modem），一個數字基帶。射頻和基帶部分都可以很靈活的設置。49個擴頻編碼可以分別調制到78個1MHz間隔的頻率上去，從而理論上可以容納3822個獨立的頻道。如圖3為CYWUSB6932/34的內部結構模塊圖。
圖3 CYWUSB6932/34的內部結構模塊圖（略）
DSSS直接序列擴頻
直接序列調制就是載波直接被偽隨機碼序列調制。在一般情況下調制方式可以是調幅、調頻、調相和其它任何形式的振幅或角度調制。在發射機端，要傳送的信息先轉換成二進制數據或符號，與偽隨機碼（PN碼）進行模2和運算后形成復合碼，再用該復合碼去直接調制載波。通常為提高發射機的工作效率和發射功率，擴頻系統中一般采用平衡調制器。抑制載波的平衡調制對提高擴頻信號的抗偵破能力也十分有利。
圖4 10位PN內碼（略）
