参考文献

有关文件及软件，请浏览:

//www.wsdof.com/雷电竞官网登录products/greenpak

下载我们的免费GreenPak Designer软件[1]打开.gp文件[2]并使用GreenPak开发工具[3]在几分钟内将设计冻结到您自己的定制IC中。

雷竞技电竞平台对话框半导体提供完整的应用程序库注意[4]，其中包含了设计示例以及对话框IC中的功能和块的说明。

1. GreenPAK设计软件，软件下载和用户指南，对话框半导体雷竞技电竞平台
2. AN-1157增加433MHz无线通信的安全性，绿派克设计文件，Dialog半导体雷竞技电竞平台
3. GreenPAK开发工具， GreenPAK开发工具网页，Dialog半导体雷竞技电竞平台
4. GreenPAK应用笔记，绿派克应用笔记网页，对话半导体雷竞技电竞平台
5. SLG46120数据表，对话框半导体雷竞技电竞平台
6. SLG46722数据表，对话框半导体雷竞技电竞平台

介绍

工业、科学和医疗(ISM)无线电波段是用于一般数据通信的无线电频谱中未经许可的一部分。在433.92/868.35兆赫频段中运行的设备有无线门铃、车库门开器、Wi-Fi、蓝牙。ISM频段无线接口模块价格低廉，应用广泛。但是，尽管它们的用途广泛，但大多数都没有纳入安全保护。随着物联网和家庭自动化的日益普及，这一点变得越来越重要。在本应用说明中，我们介绍了在使用低成本的收发模块时，如何通过添加伪随机编码安全地传输信号。

GreenPak SLG46120V [5] IC用于生成数据编码，而GreenPak SLG46722V执行解码。将指出典型的问题，例如常规无线系统的噪声。

收发模块

我们选择使用模块进行无线传输，因为它具有广泛的可用性和低成本。表1显示了此类模块中常见的特性。

	发射机	接收机
频率	433兆赫	433兆赫
权力	25兆瓦	-
工作电压	5 - 12v	5 VDC.
工作电流	40 ma（最大）	5.5 ma（max）
调制	移频键控/要求/书	移频键控/要求/书
速度	小于10kbps	小于10kbps
带宽	2 MHz	2 MHz
灵敏度	-	-100 dBm @ 50欧姆
报道	200米	200米

尽管模块可以在不同的设计中使用，但它们共享默认的pinout。图1显示了在这个应用注释中使用的两个模块:左边的发射器和右边的接收器。

模块的引脚是，GND，DA，VCC和NC。引脚用于连接天线。可以使用没有天线的模块用于短距离，但是适当的天线将显着增加覆盖区域的效率。天线可以是一个简单的23厘米的电线。此外，传输功率取决于应用于从5-12 VDC的发射机的工作电压。VCC和GND引脚用于为电路电源，电压限制必须从表1中验证。由于工作电压在发射器和接收器之间时，设计人员必须小心。如果您不确定，那么您可以使用5伏的设计。DA引脚用于发送或接收数据以9200 bps的最大速率串行传输的数据。NC引脚代表无连接，必须隔离。

伪随机噪声编码

伪随机噪声是一种类似于噪声的信号，满足一个或多个统计随机性的标准测试。乍一看，序列可能是未定义的，但它由一个确定的数据流组成，该数据流将在一段时间后自我重复。伪随机噪声的特性是保证密码设备安全通信的基础。一个密码装置可以产生一个密钥信号，这个密钥信号的周期非常长，甚至可以达到数百万个数字。

安全性高的主要原因在于伪随机噪声的特性，它的周期序列与其他序列的相关性很小。此外，通过取周期的两个子集，也会导致弱相关性。此外，与随机噪声不同的是，它很容易在发射端和接收端产生相同的序列。接收器可以在本地产生与发射器产生的序列相同的序列，并使用相关特性实现同步。

在这个项目中，我们依赖于最大长度序列(MLS)的特征，这是一种伪随机二进制序列。MLS的周期比特序列的序列长度为N=2^ N -1，其中N是多项式的次数。序列可以使用最大线性反馈移位寄存器(LFSR)数字电路生成，如图2所示。多项式的次数n表示所需寄存器的数目。

寄存器位于一个流中，其中第一个输出提供下一个输入。一些输出连接到模2和运算符，结果反馈到一行中的第一个寄存器。的多项式X^6.+ x + 1表示根据Galois字段（有限域算术）的LFSR结构，两个元素，GF（2）。图2中的图示结构具有学位n = 6和长度n = 2^6.1 =中立位。设计者必须选择表2中列出的选项之一，因为不是所有的多项式都能生成完整的n = 2^N- 1位序列。

使用GreenPAK的解决方案架构

选用SLG46120V集成电路实现安全发射机的功能。

学位(m)	m序列的长度(N)	多项式
3.	7.	X3.+ x + 1
4.	15.	X4.+ x + 1
5.	31.	X5.+ x2+ 1
6.	63	X6.+ x + 1
7.	127.	X7.+ x + 1
8.	255.	X8.+ x7.+ x2+ x + 1
9.	511	X9.+ x4.+ 1
10.	1023	X10.+ x3.+ 1

有五个组合查找表（LUTS），八个时钟数字触发器（DFF），一个八级管道延迟，以及具有两个可选频率的RC振荡器。所有这些组件都满足了实现变送器设计的要求。图3（a）显示了顶级示意图，其揭示了GreenPak SLG46120V IC和无线模块将连接在一起。

由于接收器更复杂，因此选择SLG46722V部分以实现这些功能。图3（b）显示了GreenPak SLG46120V和无线模块连接的顶级原理图。可用资源是十五个组合查找表（LUT），七个时钟数字触发器（DFF），一个八级管道延迟，两个regLitch滤波器，以及具有两个可选频率的RC振荡器。所有这些组件都满足了实现接收器设计的要求。

图2中所示的LFSR设计现在在GreenPAK开发环境中执行，如图4中突出显示的图表所示。本设计将扮演发送器的角色，生成一个63位的序列给无线模块。它由6个DFF和一个异或逻辑算子组成，作为模块2和算子。模2和算子反馈延迟结构的输入，并接收来自第一寄存器和最后寄存器输出的信号，表示在预览部分中讨论的多项式。关于LFSR的另一个重要细节是，流的一些寄存器必须设置初始状态。如果延迟结构的所有寄存器的初始状态都为零，则模-2算子没有要反馈的位，只需将第一个寄存器设置为初始状态1就可以解决这个问题。63位的序列从寄存器流的末端取出，并馈送到引脚3，这是一个数字输出。设计者必须知道振荡器的连接和配置。振荡器的下电引脚必须连接到地GND。还请注意，一些DFF的寄存器有必须连接到VDD的复位输入引脚。

根据表1，无线接收器的平均速度小于10kbps。在振荡器设置中存在的分隔器的当前组合是不可能实现10kbps的速率。因此，最接近无线模块的最大限制的传输速率为6250 bps，其中振荡器用25 kHz时钟和预分频器设置为4.也可以使用第二个2 MHz时钟并达到更快的速度using a pre-divider of 4 and the ‘OUT0’ second divider configured as 64 which results in 7812.5 bps. Figure 5 shows a clock configuration table for two different rates.

接收端具有与图4中所示类似的设计，图6显示了实际的实现。接收器设计将对无线模块接收到的63位序列进行处理。这个概念的主要部分也依赖于6个DFF的结构和一个异或逻辑算子作为模块2和算子。不同之处在于，这一次模块-2的和操作符不会反馈流的输入，但仍然接收来自第一个和最后一个寄存器输出的信号。

63位的序列来自连接无线模块的引脚2。接收器的模块-2运算符比较本地产生的位与引脚2传入的流。如果所有位匹配，则接收序列与本地序列生成器多项式相关。

倒位异或运算符比较输入和表示为“序列比较器”的本地生成的位。输出提供管道延迟的重置端口，该结构表示为“正确序列计数器”。管道延迟的输出在确定正确的位数后将其输出OUT0设置为1。

每一个错误匹配位重置管道延迟。管路延时的OUT0接口连接NAND 2-L3接口的一个端子。另一个2-L3 NAND终端接收来自标记为“全零和一检测器”的lut链的信号，当有一个零和一输入序列时，防止输出变高。当序列的63位都匹配时，发射器和接收器的序列是相同的。管道延迟有8个延迟寄存器连接在一行中，可以同时复位。注意，仅使用管道延迟将只计算16个正确的位，并将输出OUT0设置为1。解决这个问题的一个技巧是使用配置为递增到4的计数器，并将其连接到管道延迟的时钟。注意，通过使用这种方法，“序列比较器”中的一些位将被忽略，被求值的序列中的不正常位将不求值通过。另一种可以计数少于63位的解决方案是通过使用更多的DFF寄存器来延长管道延迟。如果设计者打算使用更小的伪噪声序列，那么在SLG46120V IC中有四个额外的DFF带有复位端口。 The new DFF’s can connect to the output OUT0 of the pipe delay and the reset ports attached to the ‘Sequence comparator’ achieving the counting limit of 20 bits.

考虑到前面提到的传输速度，可以计算出传输所有63位所需的时间。计算传输时间的公式为T._pn= N_pn/ R.,在那里N_pn为传输的比特总数，R.为传输速率。为N_pn= 63位和R = 6250 bps，传输时间为T._pn= 10毫秒。

无线模块噪音注意事项

噪声问题是许多433 MHz无线模块中普遍存在的问题。当在传输中没有信号时，接收模块的数字输出产生一组随机的1和0位。图7显示了输入噪声行为的信号图。“噪声”部分表示传输时没有信号，“唤醒突发”通常发生在接收机射频前端调整增益控制时，“数据”部分表示实际传输的信息。当使用微控制器时，固件编码必须非常高效，以处理输入端口的随机突发信号。通常，中断用于触发启动传输事件，随机输入位不断触发中断结构。根据代码的实现，这可能会产生故障，微控制器将无法接收传输的信号。

使用GreenPAK IC的优点在于它有专门的功能来接收数据信息。即使突发随机激励通过输入引脚2，所有位将评估相同的逻辑电路没有任何中断。因此，译码效率更高，而且是软件防bug。

设计测试

执行第一次测试以显示电路如何与直接信令（无无线）的行为方式。在直接信令中，发射器设计的销3（如图4所示）直接连接到接收器设计的销2（如图6所示）。两种设计都用逻辑分析仪进行了测试。图8示出了从接收器设计中的特定点采取的输出信号。

“直接传输信号”图来自引脚2。“序列比较器”图显示了异或运算符输出的结果，该运算符将输入信号与局部生成的序列进行比较。“管道延迟”图强调了当有8个成功计数和输出引脚3被设置为高的时刻。“振荡器OUT0”图帮助检查时钟事件是否正常工作。注意，'管道延迟'在'序列比较器'最后一次重置脉冲之后的8个时钟计数内设置一个。

执行第二个测试以显示当使用无线模块时电路的行为方式。变送器设计将模块的DA引脚连接到图1中的左侧。然后，接收器设计的引脚2连接到图1中的模块的DA引脚。

图9显示了接收机设计中特定点的输出信号。“无线模块接收器”图从引脚2获得信号。“序列比较器”图显示了异或运算符输出的结果，该运算符将输入信号与局部生成的序列进行比较。很明显，“序列比较器”现在正在产生更多的重置信号。“管道延迟”图仅配置了8个寄存器，用于说明目的，突出显示有8个成功计数且输出引脚3被设置为高的时刻。同样，'管道延迟'从零切换到一在八个时钟计数后，从'序列比较器的最后一个重置脉冲。图9中一个有趣的观察结果是序列比较器中存在较短的脉冲。脉冲变短的原因是逻辑分析仪的采样率为25khz。

观察较短的脉冲也类似于图7所示的行为，只发生在前8个时钟脉冲上。这些是来自无线电静电的输入噪声脉冲。

结论

为了提高无线模块的数据通信安全性，提出了增加伪随机编码的方法。逻辑分析仪的结果验证了设计的正确性。

GreenPak SLG46120V和SLG46722V提供了用于设计此应用的电路资源。定时控制易于配置，并且有足够的电路资源可用于产生63位的随机序列。

设计者具有选择不同的唯一代码，可以通过使用新的序列发生器多项式来生成不同的唯一代码。这种方法提供的安全远比标准的8位无线车库门控制。