隨著機器對機器（M2M）應用以指數級增長，競爭正在進行，以確定哪些無線協議將占據主導地位。與往常一樣，解決方案取決于問題。對于長距離，無線2G蜂窩電話可能最適合該法案。對于更短的無線距離，Wi-Fi?，Bluetooth?和許多基于802.15.4的協議（ZigBee是其中的主要協議）都可以正常工作。但是，如果您的預期應用需要超低功耗但在鏈路可靠性可能存在問題的環境中工作，Atmel的2.4 GHz REB233SMAD評估套件（見圖1）值得一看。

圖1：Atmel REB233SMAD評估套件。 （由Atmel提供。）

REB233SMAD-EK包含兩個基于Atmel AT86RF233 2.4 GHz RF收發器的無線電擴展板（REB）;圍繞ATxmega256A3 MCU構建的兩個控制器基板（CBB）;兩個USB適配器，帶有用于編程MCU的電纜;四個SMA天線;加電池和快速入門指南。無線板插入MCU板，使您可以使用簡單的運行范圍測量應用程序對兩個完整的無線節點進行即時測試。

該套件旨在成為一個完整的平臺，用于設計和原型化ZigBee兼容的無線應用，如ZigBee SmartEnergy和家庭自動化系統。為此，Atmel提供BitCloud?堆棧（ZigBee?PRO認證平臺）和BitCloud Profile Suite。

控制器基板

控制器基板（REB-CBB）圍繞8位Atmel AVR ATxmega256A3 MCU構建。該板具有一個連接器，用于使用Atmel AVR JTAGICE編程器進行編程和調試。

該套件中使用的ATxmega256A3-AU（見圖2）是一款低功耗，高性能8/16位MCU，工作頻率為32 MIPS，32 MIPS。它具有256 KB的可編程閃存程序存儲器，8 KB的數據閃存，4 KB的EEPROM和16 KB的SRAM。外設包括一個4通道DMA控制器;一個8通道的事件系統;七個16位定時器/計數器;七個UART;兩個8通道12位，2個MSPS ADC;一個2通道，12位，1 MSPS DAC;和一個可編程的多級中斷控制器。

圖2：AVRxmegaA3框圖。 （由Atmel提供。）

為了降低功耗，芯片有五種睡眠模式：空閑，掉電，待機，省電和延長待機。在工作模式下（32 MHz VCC = 3.0 V），芯片通常消耗15.7 mA;在空閑模式下，6.89 mA;斷電（ULP，WDT，采樣BOD），1μA;省電（RTC 1 kHz），0.7μA;和擴展待機（禁用所有功能），0.1μA。毋庸置疑，隨著時鐘頻率的下降（32 kHz時為71μA），有源模式電流可以快速縮小。

有關此產品和其他Atmel MCU的更多信息，請查看其MCU產品線簡介培訓模塊。

無線電擴展板

無線電擴展板（REB）圍繞2.4 GHz Atmel AT86RF233收發器芯片構建，該芯片面向IEEE 802.15.4，ZigBee，RF4CE，6LoPAN和ISM應用。

只需添加幾個外部組件 - 所有這些都包含在電路板上（參見圖3） - AT86RF233構成了完整的FCC Part 15認證的RF前端模塊。

圖3：REB233SMAD框圖。 （由Atmel提供。）

該板有兩個SMA連接器，可支持天線分集。在接收模式下，芯片在兩個天線之間連續切換，以選擇提供最佳接收路徑的天線。一旦檢測到IEEE 802.15.4同步頭，提供更好信號質量的天線就接收幀的其余部分。當信號鏈路遭受噪聲或多徑衰落時，這可以大大提高可靠性。

在接收模式下，AT86RF233的電流為11.8 mA，采用聆聽模式，可進一步降低10％至50％的電流消耗。對于250 Kbps的數據速率和小于或等于1％的分組錯誤率（PER），接收靈敏度為-101 dBm;對于非IEEE 802.15.4網絡，這降低到-88 DBM，最大數據速率為2000 Kbps。噪聲系數為6 dB，相鄰信道抑制為35 dB（+ 5 MHz，PRF = -82 dBm）。

在發送模式下，AT86RF233的電流消耗隨輸出功率而變化，輸出功率可在-17 dBm（7.2 mA）至+4 dBm（13.8 mA）范圍內編程。關閉發射器（IGTRX_OFF）后，電流消耗降至300μA。在睡眠模式下，芯片僅消耗0.2μA;在深度睡眠模式下，這進一步降至0.02μA。這款芯片符合Atmel的超低功耗要求。

盡管功耗很低，但芯片并不缺乏功能。它包括一個集成的快速建立PLL，支持500 kHz信道間隔的跳頻。 IEEE 802.15.4-2011支持包括幀校驗序列（FCS）計算，無干擾信道評估，RSSI測量，能量檢測和鏈路質量指示。發射調制方案是具有半正弦脈沖整形和32長度塊編碼（擴展）的偏移QPSK（O-QPSK）。安全功能包括128位AES引擎，可為安全應用程序生成真正的隨機數。

Atmel生產其他眾多無線芯片。有關詳細信息，請查看Digi-Key網站上的無線解決方案產品線簡介培訓模塊。

范圍檢查

REB233SMAD帶有預閃范圍測量應用程序，我可以在打開包裝盒的幾分鐘內開始使用。入門只需將無線電卡插入底板即可;將天線插入無線電卡;將提供的AAA電池插入底板，然后打開兩個底板。

當我打開電源開關時，三個LED的中間點亮表示程序初始化成功（參見圖4）。按下按鈕T1啟動應用程序。 LED-D2閃爍表示傳輸成功，LED-D3接收成功。

圖4：范圍測量界面。 （由Atmel提供。）

我打開了兩個電路板并將其中一個放入發送模式，讓另一個充當接收器。對于范圍測試，我在兩塊板上啟動了程序以進行全雙工操作。我之前測試過的2.4 GHz套件通常很幸運地通過我們（不是很大的）房子傳輸。這個套件沒有顯示丟包的跡象，所以我把它帶到室外并使用我的傳統測距平臺（見圖5）。

圖5：傳統的測距平臺。

雖然只收到了套件附帶的兩個較大的鉸鏈式天線，但我使用了四個匹配的?波天線。重復測試顯示有效范圍約為350英尺。在一端替換較大的天線將范圍增加到大約500英尺。即使使用Wi-Fi以相同頻率在家中使用范圍擴展器，這也是我能夠獲得的距離大約十倍。高接收器靈敏度和天線分集的結合 - 更不用說低數據速率協議 - 絕對可以完成工作。

數據包錯誤率測量

支持快速范圍檢查的相同程序還允許進行數據包錯誤率（PER）測量，以及調整不同的收發器功能。要執行此操作，請將隨套件提供的USB適配器之一連接到電路板，然后將其插入PC，首先下載適配器的驅動程序。然后，您可以啟動UART終端程序（9600，N，8，1）并將其指向正確的端口。然后，您可以配置收發器并執行各種服務功能。雖然PER程序可以從GUI中受益，但它仍然非常強大，使您能夠嘗試眾多功能和參數。

天線分集

AT86RF233最有趣的特性是它內置支持天線分集 - 在這種情況下，2 x 2 MIMO - 可以在不增加鏈路預算的情況下顯著提高網絡可靠性 - 也就是說，沒有在接收器之前使用更高的發射功率或額外的低噪聲放大器（LNA）。

圖6：多徑衰落場景中每個天線的接收電平。 （由Atmel提供。）

隨著兩個網絡節點之間的多徑衰落的引入，到達收發器板上的每個雙天線的信號可能隨時間變化很大。在沒有天線分集的情況下，這些衰落效應可能很快導致增加的錯誤率或網絡節點之間的連接丟失。圖6顯示了在多徑衰落情況下REB233SMAD無線電擴展板（REB）上每個天線的典型接收電平。在天線之間切換并選擇接收更好的天線會增加連接的可靠性。 AT86RF233可以連續自動執行此操作。

REB上的兩個匹配的1/4波天線連接到RF開關和平衡 - 不平衡變壓器（見圖7）。 RF開關依次由AT86RF233上的DIG1/2控制。

圖7：使用AT86RF233的天線分集。 （由Atmel提供。）

接收分集

如果打開天線分集（參見圖8），收發器會在搜索IEEE 802.15.4同步頭（SHR）的同時在兩個天線之間連續切換。當檢測到足夠強的SHR時（圖8（1）），該天線鎖定（圖8（2））以接收PHY頭（PHR）和PHY服務數據單元（PSDU）。在接收到完整幀后，搜索繼續（圖8（3）），直到檢測到新的SHR報頭或者由于某種原因終止接收狀態。

圖8：接收期間的天線分集工作原理。 （由Atmel提供。）

發送分集

成功接收PHY報頭后（見圖9（1）），可以自動選擇發送天線（RX_START），盡管最好留下它直到它有確定該幀具有有效的FCS（圖9（2））。在預定的周轉時間之后發送確認幀（RX_AACK）（圖9（3））。

圖9：擴展工作模式下的天線分集。 （由Atmel提供。）

所選天線將取決于最后一次數據交換的結果，或者您可以選擇永久使用一個天線用于接收器，另一個天線用于發射器。使用天線分集算法選擇天線時，您需要微調接收閾值以反映本地RF環境的實際情況。