2025年UWB芯片介绍

UWB芯片介绍在之前的文章中介绍了 IEEE 802 15 4a z 的协议标准 本文重点介绍一些集成芯片的情况 包括最早的 DW1000 芯片以及后续迭代版本 DW3000 系列 以及 NXP 的相关 UWB 芯片 DW1000 DW1000 是一颗完全集成的低功耗射频收发器 遵循 IEEE 802 15 4a 2011 超宽带标准

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在之前的文章中介绍了IEEE 802.15.4a/z的协议标准,本文重点介绍一些集成芯片的情况,包括最早的DW1000芯片以及后续迭代版本DW3000系列,以及NXP的相关UWB芯片。

DW1000

DW1000是一颗完全集成的低功耗射频收发器,遵循IEEE 802.15.4a-2011超宽带标准。它可以用于双向测距或者TDOA定位系统中,定位精度为10cm。它使用了从3.5Ghz-6.5Ghz的6个射频频段(1/2/3/4/5/7),其中信道3与信道7为带宽1GHz的脉冲信号。该芯片支持110kbps、850kbps、6.8Mbps的数据速率。
DW1000芯片顶层框图
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  从DW1000的顶层框图,可以看到该芯片分为了模拟前端部分、收发器的数字处理部分、电源管理、主控通信以及状态控制器。

  模拟前端包括接收机与发射机相关设计,同时包含PLL/Clock生成器。

  以下为整个芯片的具体设计框图:

DW1000芯片框图

  从框图中可以看到,内部通过一个TRX switch进行收发的切换。射频接收部分,通过正交解调之后,经过滤波器处理之后由ADC采样后,在数字接收机部分进行信号的接收处理。

发射部分,通过SECDED、RS编码、卷积编码以及Burst控制处理之后,通过脉冲生成器形成基带脉冲,然后通过载波调制之后,从天线发出。

DW3000

在DW1000的基础之上,随着IEEE 802.15.4z标准的推出,Qorvo也推出了新一代的UWB芯片DW3000系列,此芯片采用40nm工艺,整体功耗较DW1000更低。

DW3000与DW1000的主要区别在于其提供了IEEE 802.15.4z标准的支持,支持STS;另外,此芯片仅支持6.5GHz-8GHz,即只支持CH5(6489.6 MHz)与CH9(7987.2MHz)。
数据率上,只支持6.8Mbps以及850kbps,不再支持110kbps。
但是从整体来看,在CH5 6.8Mbps数据率配置和850kbps数据率情况下,DW3000是可以向后兼容DW1000。
DW3000 IC框图
  从DW3000的框图中可以看到,在射频上,对于某些型号而言,在射频端增加了一路接收,进而提供对AoA测量的支持。
  在数字接收机部分,引入了CIA(Channel impulse analyser,信道脉冲分析)用于处理CIR,基于前沿算估计接收时间戳。CIA可以应用于前导码和/或STS序列产生的CIR。
  同样,DW3000也只是一颗UWB射频收发芯片,需要外部主控MCU通过SPI进行控制。

NCJ29D5

  NCJ29D5是NXP提供的一颗完全集成单芯片脉冲无线电超宽带(IR-UWB)收发芯片。该设备支持兼容IEEE 802.15.4 HRP UWB PHY和IEEE 802.15.4z BPRF/HPRF UWB PHY。满足车规级要求,为汽车环境中的安全测距应用而设计。 它可以用于双向测距或时差定位系统,可以实现10cm的距离精度。支持高达6.8Mbps的BPRF和7.8Mbps的HPRF数据传输速率。
  距离估计基于飞行时间测量,同时可以保证不受中继攻击的影响。与基于RSSI或相位的距离测量相比,大大提高了PHY的安全性。在芯片内使用确定性随机比特生成器(deterministic random bit generator, DBRG)来保证STS的随机性,进而对于其他设备而言无法猜测整个STS序列。
  NCJ29D5内部集成了一颗专用DSP(处理UWB基带相关业务)和一颗ARM Contex-M33微处理器(用户应用),是一颗高度集成化的UWB SoC,可以省去外部MCU的需求,降低了整体成本,降低了开发难度。
  此外,NXP为了能够兼容CCC与FiRa相关标准,提供了子型号NCJ29D5D,提供了专用的MAC层固件,大大简化了UWB测距设置和会话控制,能够兼容车联网联盟(Car Connectivity Sonsortium,简称CCC)的标准,从而实现与汽车接入生态系统的互操作性。
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