TRANSCEIVER DAYA RENDAH
UNTUK KOMUNIKASI AUDIO JARAK DEKAT
Suherman
1)1) Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU
Abstrak
Beberapa aplikasi teknologi saat ini membutuhkan aplikasi radio berdaya rendah untuk jarak yang dekat. Contohnya seperti wireless headset, mouse, dan keyboard wireless untuk komputer, aplikasi tracking, radio penyadap, dan lainnya. Aplikasi sistem analog tidak lagi populer, disebabkan ukuran yang menjadi masalah, serta teknologinya yang memungkinkan kurangnya keamanan data. Saat ini sistem populer adalah menggunakan pemancar digital berdaya rendah.
Kata kunci: Radio, Daya rendah, Frekuensi, Rangkaian
1. Pendahuluan
Untuk merealisasikan sistem radio jarak dekat, hal yang paling penting adalah penghematan daya, sebab penggunaan daya diharapkan bersasal dari baterai dengan daya yang sangat kecil. Hal lain adalah digitalisasi suara sangat penting, hal ini disebabkan kualitas suara digital lebih unggul dibandingkan suara analog. Juga memudahkan pemrosesan enkripsi ataupun penyimpanan pada memori.
Arsitektur sederhana dari sistem radio wireless digital ditunjukkan pada Gambar 1. Sinyal suara dari mikropon memasuki rangkaian ADC agar dapat dikonversikan menjadi bit-bit digital, kemudian diolah oleh mikrokontroler jika diperlukan proses enkripsi. Mikrokontroler juga mengendalikan proses
chip radio, seperti pengaturan frekuensi pancar, mode pancar, level daya pancar, dan fungsi lainnya. Chip radio mengirimkan data suara menjadi sinyal radio juga menerima sinyal radio menjadi bit-bit digital yang nantinya diproses oleh mikrokontroler dan diubah DAC menjadi suara. Proses modulasi dan demodulasi di chip radio menggunakan modulasi digital. Sedangkan fungsi pemancaran duplex pada antena biasanya menggunakan komponen pasif minim yang membentuk duplexer sederhana. Berikut ini tinjauan teknologi chip radio model CC1000 RF
transceiver from chipcon.
2. RF Transceiver CC1000
Chip CC1000 merupakan chip radio
berdaya rendah, dibuat berdasarkan teknologi CMOS (complementary-metal-oxide-semiconductor) 0.35-µm. Dirancang dengan sistem modulasi FSK pada band frekuensi ISM 315, 433, 868,
and 915 MHz, dan dapat diprogram untuk
bekerja pada frekuensi 300 to 1000 MHz. Beroperasi dengan daya rendah dari catudaya +2.1 to +3.6 VDC, konsumsi arus hanya 7.4 mA at +3 VDC. Sensitivitas transceiver − 110 dBm (pada frekuensi 433 MHz dan kecepatan 1.2 kb/s), serta mampu melayani data rate dari 0.6 sampai 76.8 kb/s.
Diagram IC CC1000 ditunjukkan pada Gambar 2, terdiri dari komponen Tx, Rx,
frequency synthesizer, dan fungsi-fungsi
pengontrolan. Komponen eksternal juga dibutuhkan, tetapi jumlahnya minim.
Tx dan Rx beroperasi secara bergantian dengan prinsip Time Division Duplex (TDD).
Phase-Locked Loop (PLL) memiliki turn-around times kurang dari 200 µs. Pada saat idle,
nilai turne-arround time sangat penting untuk mengecek incoming call. Saat panggilan datang, rangkaian RSSI (Receive Signal Strength
Indicator) dapat digunakan secepatnya. Sinyal
RSSI juga dapat berbentuk analog dan dapat dihubungkan dengan Analog-to-Digital Converter (ADC). PLL dapat diprogram ke beberapa
channel frekuensi, jika satu channel telah
digunakan radio lain, maka terdapat algoritma
automatic channel-selection untuk mencari
kanal kosong guna mencegah interferensi dengan radio lain yang berfrekuensi sama.
Pada saat proses TDD, waktu yang digunakan untuk Tx maupun Rx disebut dwell
time, sedangkan jarak antara waktu Tx dan Rx
disebut guard time. Overhead dapat dikurangi jika dwell time panjang atau guard time pendek,
Transceiver Daya Rendah untuk Komunikasi Audio Jarak Dekat (Suherman) 57
tetapi dapat menyebabkan latency lebih panjang.
Dwell time terbaik adalah 50 ms, sehingga repetition rate untuk Tx dan Rx adalah 100 ms
atau 10 Hz. Buffer first-in, first-out (FIFO) digunakan untuk menyimpan sementara data kirim dan data terima selama proses TDD.
Buffer FIFO dapat diimplementasikan di RAM
mikrokontroler. TDD dan kontrol lainnya dikendalikan melalui mikrokontroler. Sementara data suara berkecepatan 32 kb/s ditransmisikan pada kecepatan 76.8 kb/s termasuk informasi kendali dan guard time. Gambar 3 menunjukkan
dwell time dan guard time.
Frame data berisi preamble untuk sinkronisasi, start of frame untuk memisahkan
preamble dengan alamat dan informasi kontrol,
kemudian diikuti data suara dan check sum. Bentuk frame data pada transceiver CC1000 ditunjukkan pada Gambar 4. Untuk meningkatkan kualitas data, quality-of-service (QoS), Cyclic
Redundancy Checksum (CRC) dapat ditambahkan. Scrambling ataupun enkripsi dapat ditambahkan
melalui programming mikrokontroler.
Dalam kondisi mode idle, IC menunggu
incoming call di mana Rx dihidupkan pada
interval teratur seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Nilai tipikal polling adalah 1 detik. Pertama kali rangkaian RSSI dicek, jika ada sinyal, maka mikrokontroler akan mencari preamble data. Jika telah sesuai, komunikasi dapat dilanjutkan.
Gambar 1. Arsitektur sistem radio sederhana
Gambar 2. Blok diagram IC CC1000
Transceiver Daya Rendah untuk Komunikasi Audio Jarak Dekat
(Suherman) 59
Gambar 4. Bentuk frame data transceiver
Gambar 5. Proses locking PLL dari kondisi idle
Gambar 6. Rangkaian aplikasi transceiver CC1000
3. Sistem Transceiver Radio CC1000 Rangkaian Aplikasi CC1000
Untuk merealisasikan sistem transceiver CC1000 dibutuhkan komponen eksternal. Rangkaian tipikal ditunjukkan pada Gambar 6. Komponen eksternal yang dibutuhkan sangat sedikit, dan disarankan memakai komponen SMD agar diperoleh presisi dan ukuran minimal.
Input matching impedance receiver
menggunakan C31/L32. L32 juga digunakan
sebagai DC choke untuk biasing. C41, L41, and C42 digunakan untuk matching transmitter. Komponen duplexer ini didukung dengan rangkaian switch T/R internal. L101 merupakan VCO inductor yang besarnya disesuaikan dengan frekuensi yang akan digunakan. Filter tambahan dapat digunakan untuk mempertajam pemisahan band frekuensi. Komponen lengkap pendukung diberikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Komponen pendukung IC CC1000
Gambar 6. Antarmuka pemrogram IC CC1000
Konfigurasi IC Transceiver
Konfigurasi dapat dilakukan menggunakan
software yang disediakan oleh pabrik. Beberapa
parameter yang dapat diprogram antara lain
receive/transmit mode, RF output power, frequency synthesiser key parameters, RF output frequency, FSK frequency separation (deviation), crystal oscillator reference frequency, down/up mode, crystal oscillator power-up/power down, data rate and data format
(NRZ, Manchester coded or UART interface),
synthesiser lock indicator mode, optional RSSI
atau external IF.
Untuk IC CC1000, Chipcon sebagai pabrikan menyediakan program software SmartRFStudio. Bentuk interface-nya ditunjukkan pada Gambar 6.
Antarmuka dengan Mikrokontroler
Untuk antarmuka atau interfacing, mikrokontroler yang digunakan harus memiliki kemampuan antara lain:
- Memprogram IC dengan 3 mode melalui 3
pin (PDATA, PCLK and PALE).
- Interface to the bi-directional synchronous data signal interface (DIO and DCLK).
- Opsional data encoding/decoding.
- Opsion lain, mikrokontroler dapat
memonitor status frekuensi terkunci dari pin CHP_OUT (LOCK).
- Opsion tambahan mikrokontroler dapat
memonitor kuat sinyal dari pin RSSI.
Untuk menghubungkan mikrokontroler menggunakan 3 pin interface konfigurasi (PDATA, PCLK and PALE). PDATA adalah
bidirectional, untuk transmisi serial data kirim
dan terima. Pin lain adalah untuk kendali dan informasi. Gambar 7 menunjukkan antarmuka IC CC1000 dengan mikrokontroler.
4. Rancangan Digitalisasi Suara
Untuk merealisasikan sistem transceiver radio digital yang mengirimkan suara. Dapat menggunakan blok sistem pada Gambar 8.
Dengan teknologi pulse-code modulation (PCM), menggunakan langkah sampling,
quantizing, dan coding akan menghasilkan 64
kb/s. Dengan sistem TDD dibutuhkan minimal data link 128 kb/s untuk dua arah, belum termasuk overhead. Untuk mengurangi data rate dapat menggunakan Adaptive Differential Pulse
Code Modulation (ADPCM) atau Continuous Variable Slope Delta coding (CVSD). Alokasi
data pada IC CC1000 dapat menampung data suara 32 kb/s, namun ini juga masih dapat
direduksi dengan menggunakan IC ADC dan DAC lain, sehingga rate data suara dapat dikurangi.
ADC/DAC dapat digunakan secara terpisah, maupun dengan menggunakan mikrokontroler yang dilengkapi dengan Digital
Signal Processing (DSP). IC ADC terpisah
dapat dimanfaatkan untuk mempermudah desain program mikrokontroler, sebagai contoh IC ADC CMX639 menggunakan teknologi CVSD, sedangkan IC CMX649 menggunakan ADM. MC145540 dan MC145481 menggunakan ADPCM. IC ML7029 dan MSM7540L/7560L/ 7570L/7590L menggunakan ADPCM dengan dilengkapi compander. Jika hanya menggunakan mikrokontroler yang dilengkapi DSP, dapat menggunakan IC ADSP-21ESP202 atau IC ADSP-218x.
Gambar 7. Antarmuka mikrokontroler
Gambar 8. Blok lengkap komunikasi audio radio digital
Transceiver Daya Rendah untuk Komunikasi Audio Jarak Dekat
(Suherman) 61
5. Penutup
Pemanfaat IC radio terintegrasi dengan daya pancar rendah sangat dibutuhkan saat ini, mengingat banyaknya sistem yang memanfaatkan teknologi ini. Terlebih dengan adanya alokasi frekuensi ISM yang memungkinkan penggunaan kanal dengan bebas.
IC CC1000 produksi Chipcon dengan fasilitas memadai dan alokasi frekuensi ISM serta catudaya rendah merupakan contoh aplikasi IC transceiver daya rendah yang memenuhi kebutuhan. Selain dibutuhkan komponen eksternal yang minim, IC ini juga memberikan keleluasaan pengolahan suara baik melalui mikrokontroler, DSP processor, ataupun menggunakan ADC/DAC terpisah.
Daftar Pustaka
Datasheet CC1000 Single Chip Very Low Power RF Transceiver, SmartRFCC1000 Datasheet (rev. 2.2) 2004-04-22, 2004. ERC/REC 70-03E, Relating to the Use of Short
Range Devices (SRD); CEPT, April 2002. ETSI EN 300 220-1, Electromagnetic
Compatibility and Radio Spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radio equipment to be used in the 25 MHz to 1000 MHz frequency range with power levels ranging up to 500 mW; Part 1: Technical characteristics and test methods, September 2000.
Peder Martin Evjen, Low-Power Transceiver Targets Wireless Headsets, A low-power CMOS Transceiver Uses TDD Techniques within Unlicensed ISM Bands in Support of Compact, Low-Cost Wireless Headset Designs. Microwaves and RF, October 2002.
P.M. Evjen, "SRD Regulations," Application Note: AN001; Chipcon, October 2001.
