自德州儀器 (TI) 首次推出 16 位 MSP430 微控制器以來(lái)，超低功耗 (ULP) 微控制器 (MCU) 已風(fēng)靡了至少 20 年。從那時(shí)起，超低功耗解決方案即在傳感器、計(jì)量和種類繁多的電池供電型設(shè)備（如血糖儀、溫度計(jì)、手表等）領(lǐng)域呈雨后春筍之勢(shì)蔓延，驗(yàn)證了 ULP 系統(tǒng)方法是前途無(wú)量的絕佳策略。
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超低功耗技術(shù)已擴(kuò)展至 RF 收發(fā)器、傳感器、MCU 以及適用于電池供電型應(yīng)用的所有類型芯片產(chǎn)品。同樣，只有顯著降低半導(dǎo)體產(chǎn)品的功耗，才有可能在平板電腦和智能手機(jī)等許多消費(fèi)類應(yīng)用中廣泛采用無(wú)線技術(shù)。
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人們普遍意識(shí)到，未來(lái)全球性增長(zhǎng)的良機(jī)將花落智能電網(wǎng)市場(chǎng)，其中包括燃?xì)獗怼岜怼⑺怼㈦姳怼崃糠峙浔淼扔?jì)量和輔助計(jì)量設(shè)備，以及可從計(jì)量裝置收集信息的智能電網(wǎng)家庭網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)集中器和數(shù)據(jù)收集器。智能電網(wǎng)和家域網(wǎng) (HAN) 的聯(lián)袂攜手既有望使公用設(shè)施降低高峰電力需求（而這反過(guò)來(lái)又有助于減少興建新電廠的需求），也有望通過(guò)家庭自動(dòng)化為消費(fèi)者節(jié)省成本并增加舒適感。
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本文介紹了最佳超低功耗 MCU、最高性能 RF 收發(fā)器（適合低于 1GHz 的通信）與高級(jí)電源系統(tǒng)解決方案的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手如何能助推新一代智能計(jì)量?jī)x表走紅歐洲內(nèi)外。此外，歐洲 wM-Bus 協(xié)議棧的日趨成熟和最新發(fā)展也為電池供電型燃?xì)獗怼⑺砗蜔岜淼拇笠?guī)模部署敞開了新機(jī)遇的大門。
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本文還介紹了如何采用 868MHz 與 169MHz 頻段的流行版 wM-Bus RF 通信為歐洲市場(chǎng)構(gòu)建智能儀表（燃?xì)獗怼⑺怼岜恚┠K；并就如何實(shí)施與優(yōu)化燃?xì)獗怼⑺砗蜔岜淼?wM -Bus解決方案提供了實(shí)用性建議。
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1. RF 通信的歐洲版標(biāo)準(zhǔn)
歐洲對(duì)低于 1GHz 通信的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是 ETSI 300 220-1 V2.3.1（ 2010 年 2月）。面向計(jì)量應(yīng)用的既定 868 MHz 和 433 MHz 免授權(quán) ISM 頻段有所擴(kuò)展，在抄表應(yīng)用中可以是頻段為 169.400MHz 的一個(gè) 75kHz 窄帶。允許的最大發(fā)射功率為 +500mW（等于 +27dBm），占空比 <=10%。通道間隔為 50kHz 或以下；還可用 LBT（載波偵聽）或 AFA（自適應(yīng)頻率捷變）通道接入，但二者都不是強(qiáng)制性的。
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顯然，比起頻段為 868 MHz、發(fā)射功率為 +25mW（ 等于 +14dBm ）的現(xiàn)有 wM-Bus 解決方案，頻段為 169MHz、發(fā)射功率為 +27dBm 的低成本 RF 鏈接能提供更卓越的覆蓋范圍（見(jiàn)圖 1）。請(qǐng)注意，“舊型”T 模式與“新型”C 模式各采用兩種不同的頻率，一種用于儀表至數(shù)據(jù)收集器方向，另一種則用于從數(shù)據(jù)收集器至儀表方向的鏈接。 圖 1：WMBus 的 S、T 及 C 模式與 ETSI 300220v2.3.1 的關(guān)系
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在 T 模式下，頻段為 868.3MHz 的數(shù)據(jù)收集器發(fā)射功率最大為 +14dBm；在 C 模式下，頻段為 869.525MHz 的數(shù)據(jù)收集器發(fā)射功率則高達(dá) +27dBm。
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在歐洲人口密集地區(qū)部署智能儀表時(shí)，由于高樓大廈林立，多重混凝土與磚墻擋在不同的 RF 節(jié)點(diǎn)之間，導(dǎo)致 RF 環(huán)境極為不利，所以 RF 計(jì)量解決方案的覆蓋范圍是有待解決的最大難題。事實(shí)證明，現(xiàn)有的 ZigBee SE1.1 產(chǎn)品在英國(guó)城市地區(qū)未能提供足夠的城市覆蓋范圍，這正是基于 Zigbee? 的 2.4GHz 解決方案的主要缺點(diǎn)。頻段為 169MHz 的新一代 wM-Bus 啟動(dòng)型智能儀表目的就是要解決在意大利或法國(guó)等國(guó)家的覆蓋范圍問(wèn)題。
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擴(kuò)大 169MHz RF 鏈接的覆蓋范圍可避免使用中繼器并去除儀表的重復(fù)功能，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)，降低網(wǎng)絡(luò)的總成本。功能較少意味著軟件的復(fù)雜度有所降低，因此對(duì)計(jì)量節(jié)點(diǎn)的閃存和 RAM 容量要求就更低，也就縮短了產(chǎn)品的開發(fā)和認(rèn)證流程。
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1.1 適用于燃?xì)獗怼⑺砘驘岜淼男滦?/strong> wM-Bus 模式
在 EN13757-4：2011 年（也稱為 wM-Bus）文件的最新草案中介紹了符合 ETSI 300220v2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)的新型“ N”模式物理層 (PHY)。75 kHz 的帶寬被分成 6 個(gè) 12.5 kHz 的窄帶通道。規(guī)定其中四個(gè)通道采用 GFSK 調(diào)制方式，速率為4.8kbps；另兩個(gè)通道也采用 GFSK 調(diào)制方式，速率為 2.4kbps。
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還規(guī)定了二次通信鏈接，采用 4 GFSK 調(diào)制方式，速率能達(dá)到 19.2kbps，目的是在可選的多跳鏈接（圖 2）中優(yōu)化數(shù)據(jù)吞吐量。
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圖 2：wM-Bus 的 N 模式（根據(jù) EN13757-4：2011 年草案文件）
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在法國(guó)對(duì) 169MHz 系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試已經(jīng)證明，可達(dá)覆蓋范圍的拓寬能顯著簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。隨著 169MHz 數(shù)據(jù)收集器的合理部署，在歐洲實(shí)現(xiàn)無(wú)中繼器的智能電網(wǎng)已不再是天方夜譚。
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圖 3：wM-Bus 的 N 模式與 ETSI 300220v2.3.1 的關(guān)系（來(lái)源：EN13757-4：2011 年草案）
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圖 3 展示了新型 wM-Bus 的 N 模式，這個(gè) 169MHz 的窄帶解決方案將是未來(lái)幾個(gè)歐洲國(guó)家燃?xì)獗砗退戆惭b的理想選擇。
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