红外遥控芯片_一种红外遥控编码专用芯片的设计与实现

　　摘要:给出了一种专用于红外遥控发射系统的新型红外遥控编码芯片的电路,其发射码包括引导码、16位用户码、8位按键码和8位按键码反码,经过38 kHz的载波信号调制后发射。芯片采用单脚晶体振荡器,节省了两个振荡电容,通过芯片引脚跳线最多可变11个客户码和66个按键码,节省了用户码跳变二极管,仅需16个引脚进行封装。芯片采用2.5μm CMOS铝栅工艺流片,测试结果表明,发射芯片能够实现对功能码的正确发射,工作电压低(VDD=1.8～3.3 V),长时间无按键按下进入待机模式(Idd 　　11个按键扫描输入/输出引脚(KI/O0―KI/O10)能够同时实现扫描信号与输入信号的功能,11个引脚加上GND按照排列组合的方式可实现66个按键功能,而且采用引脚直接跳线,与其他类型的红外遥控编码芯片相比相同的按键数节省5个PAD,大幅地节省封装成本,同时节省了跳线二极管。
　　
　　 3.4 客户码和键码编码电路
　　 编码电路所采用的编码格式为NEC格式[6],NEC编码格式的特征:①使用38 kHz载波频率;②引导码间隔是9 ms + 4.5 ms;③使用16位客户代码;④使用8位数据代码和8位取反的数据代码。NEC 协议通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制。逻辑“1”由0.56 ms的38 kHz载波和1.68 ms的无载波间隔组成;逻辑“0”由0.56 ms的38 kHz载波和0.56 ms的无载波间隔组成;结束位是0.56 ms的38 kHz载波,如图6所示。
　　 客户码的作用是区分不同类型的被控对像,客户编码一共有16位,由ROM中的数据决定,通过修改ROM中的内容来更改客户码,这样可以应不同用户的要求来设计客户码。芯片的客户码一共有11种,可通过引脚CCS与输入输出引脚KI/O0-KI/O10中的任一引脚相连接来进行选择,引脚之间无需任何二极管,CCS端配置内部上拉电阻,不需要外接上拉电阻,与传统的遥控芯片相比减少了外围元件的使用。
　　键码的作用是区分不同的按键,一共有8位,对于每个按键,其编码信息是唯一的,该芯片可提供66个键码,键码的数据也是存储于ROM中的,但键码的存储顺序必须预先确定,顺序确定后就能确定键码在ROM中的地址,这样就可以确定66个按键的功能。
　　 (1)客户码编码电路设计
　　 当电路由待机状态进入工作状态时,按键扫描电路开始工作产生周期性的扫描时钟,对键盘扫描,将由引脚CCS与输入输出引脚KI/O0-KI/O10之间连结方式决定的客户码扫描到电路内部,根据不同的连结方式产生不同ROM2客户码读地址,读使能有效时,在读时序控制下输出进入ROM2的读时序控制电路。ROM2中存储有客户码编码的所有数据,针对不同的遥控编码格式,根据不同编码格式对客户码种类的要求,设计掩模ROM2的存储阵列。读ROM2时序控制电路提供8位的地址从ROM2中读出客户码,并将其送入指令码合成电路。 (2)键码编码电路设计
　　按键扫描电路同时会把66键按键输入信息描到电路内部,因受扫描方式的限制,键控脉冲只能用于识别键位,不能作为编码电路使用的指令脉冲,66个按键编码存储于掩模ROM1中,键码的形成过程实际上是一个脉冲转换的过程,即将键控脉冲转换成键码脉冲的过程。ROM1 时序控制电路向ROM1提供12位读地址从ROM1中读出相应按键所对应的键码,并在相应的时序将键码送入指令码合成电路,如图7所示。
　　
　　 3.5 指令码生成电路
　　指令码合成电路主要完成将客户码和键码合成完整的指令码,在引导码发射以后,在载波调制之下形成完整的指令码后发射出去,如图8所示。对于NEC编码格式指令码生成电路的设计,采用计数器、移位寄存器加上控制逻辑在时钟的协调下完成。按下按键36ms后,发码允许信号打开,计数器开始记数,D触发器持续输出一个高电平和一个低电平,作为遥控器引导码。指令码周期为108 ms,发射周期溢出信号到来后就重新发射引导码,并改变引导码的占空比;第一次发射指令码时,引导码占空比为2:1(9 ms : 4.5 ms);以后发射引导码的占空比为4:1(9 ms : 2.25 ms)。
　　在计数器的值达到预定的值后,移位寄存器启动,在控制逻辑的控制下首先移出高8位客户码,同时将客户码高8位反码送入寄存器。客户码低8位设置码反码与高8位客户码反码按位相异或后作为低8位客户码输出。相应的时刻8位键码送入移位寄存器,在移出8位键码的同时,8位键码反码依次移入移位寄存器,键码发射完之后,再发射键码反码,最后在发射指令控制逻辑的控制下发射一位结束位,这时所有指令码发射允许信号都为“0”,在发射功能码反码时送入寄存器的值全为“0”,使得控制电路产生指令码发射完毕信号,在余下的指令周期中输出低电平。
　　引导码发射有效信号到来指令码发射信号未到时,发射引导码,同时载入38 kHz的载波,当指令码发射允许信号到来时,引导码发射截止,开始发射指令码,并加上38 kHz的载波信号。
　　
　　4仿真分析
　　
　　利用UltraSim对整体电路进行数字逻辑仿真,验证电路的客户码设置规则和键码的正确,验证多键保护功能,验证双键功能以及连续发射功能。对输入输出口的性能进行瞬态仿真,根据spice参数调整输出口的驱动能力。图9是基于整体电路在连续按键情况下的仿真结果,在按键按下36 ms后开始输出调制波形,首先输出的是完整的编码周期,由9 ms + 4.5 ms的引导码、低八位客户码、高八位的客户码、八位按键码、八位按键码反码和结束位组成;接着输出的是重复码,由9 ms + 2.25 ms的引导码以及结束位构成。根据NEC的编码格式可知图9中低八位的客户码为1000 0000,高八位客户码为0010 0000,八位按键码为1100 0010,八位按键码反码为0011 1101。
　　
　　5芯片的实现及测试
　　
　　 芯片采用P阱2.5μm CMOS铝栅工艺进行流片,采用全定制的版图设计方法,减小了芯片面积,降低了生产成本,图10为绘制版图和裸片版图,芯片采用SOP-16封装形式。
　　 测试电路如图11所示,可以看出该芯片的外围元件少,采用单脚晶体振荡,节省两个振荡电容,节省客户码跳变二极管。针对11种客户码和66种按键码的连接方式,用红外测试仪检测芯片发射的波形,测试通过率100%;发射电路能够实现对功能码的正确发射,图12为某种按键情况下发射的波形。芯片的性能测试结果表明,芯片能够在较低的电压范围内工作(VDD = 1.8～3.3 V),芯片在长时间无按键按下进入待机模式,其静态电流Idd