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CAD应用参考

1.功能介绍

PAN3029芯片支持CAD-IRQ中断，开启CAD功能并进入Rx模式后，PAN3029会检测信道中是否存在ChirpIOT™信号，如果存在则将CAD-IRQ置高，外部MCU可以通过在一定时间内检测CAD-IRQ信号是否拉高来判断信道中是否存在ChirpIOT™信号。

用户可以通过GPIO口读取CAD-IRQ信号，信道活跃检测流程如图1-1所示：

img

图1-1 信道活跃检测（CAD）

2.软件设计参考

2.1 软件设计流程

  1. 芯片初始化；

  2. 配置CAD初始化；

  3. 芯片进入接收模式；

  4. 观察CAD-IRQ信号。

2.2 软件设计验证

2.2.1 验证步骤

  1. 发送模组周期性发送数据包；

  2. 接收模组配置为接收模式；

  3. 使用示波器抓取接收端CAD-IRQ信号。

2.2.2 SDK示例

参考代码：

ret = rf_init();
if(ret != OK)
{
  printf("  RF Init Fail");
  while(1);
}
rf_set_default_para();
rf_set_cad(CAD_DETECT_THRESHOLD_10, CAD_DETECT_NUMBER_3);//使能CAD模式，并设置Chirp-IoT信号阈值及preamble有效信号个数
rf_enter_continous_rx();
while (1);//等待示波器检测CAD-IRQ信号

示例代码配置了CAD初始化，配置GPIO11作为CAD检测IO，随后进入接收模式。

发送模组周期性发送数据包（数据包preamble+payload的持续时间约42ms），用逻辑分析仪抓取接收模组GPIO11波形，观察逻辑分析仪结果。

2.2.3 验证结果

示波器抓取结果如图2-1所示：

img

图2-1 示波器抓取结果（CAD）

根据结果显示，当发送模组发送数据包时，接收模组发生了CAD-IRQ，CAD检测引脚GPIO11被拉高约42ms，维持一个完整ChirpIOT™数据包的时间长度。

3 注意事项

3.1 关于CAD影响芯片的接收灵敏度

CAD功能初始化时，修改了芯片的接收信号检测阈值和CAD 有效信号个数阈值，设置不同的接收阈值和有效信号个数，会影响芯片的接收灵敏度，并可能存在CAD误触发的情况。

uint32_t PAN3029_cad_en(uint8_t threshold, uint8_t chirps)
{  
  PAN3029_set_gpio_output(MODULE_GPIO_CAD_IRQ);
  if(PAN3029_write_spec_page_reg(PAGE1_SEL, 0x0f, threshold) != OK)
  {
    return FAIL;
  }
  if(PAN3029_write_spec_page_reg(PAGE0_SEL, 0x5e, chirp_num) != OK)
  {
    return FAIL;
  }
  return OK;
}

接收阈值的设置，需要修改PAN3029_cad_en(uint8_t threshold, uint8_t chirps)函数的传参，修改接收阈值对接收灵敏度及误触发概率的影响如下（实验数据在办公室日常应用场景测试）：

表 3-1 接收阈值设置

接收阈值

有效信号个数

误触发概率

接收灵敏度

0x0a

0x03

较低（数小时一次）

不影响

0x10

0x03

极低（24小时0次）

恶化1dBm

用户在使用CAD功能时，需要根据应用场景选择修改PAN3029_cad_en(uint8_t threshold, uint8_t chirps)函数中的传参，在使用完CAD功能后，建议调用rf_set_cad_off()函数，rf_set_cad_off()函数可以关闭CAD功能并将接收阈值恢复。

3.2 关于SDK及演示系统板

SDK中提供了CAD功能所需的接口函数，CAD-IRQ被触发时，检测引脚GPIO11会被拉高。GPIO11接入演示系统板MCU的PA09。

#define	GPIO_PIN_CAD	Pin09
#define	GPIO_PORT_CAD	PortA
#define  CHECK_CAD()  PORT_GetBit(GPIO_PORT_CAD, GPIO_PIN_CAD);

3.3 关于CAD使用方法

PAN3029可以对preamble和payload进行CAD检测。

3.3.1 对preamble检查方式

当完整的preamble+payload信号到来时，用户可以在接收端通过GPIO口读取到CAD-IRQ信号，CAD检测引脚GPIO11被拉高，拉高时间为preamble+payload的持续时间。此时，接收端可以产生正确的rxdone结果。

img

图3-1 逻分抓取结果（完整preamble）

当不完整的preamble+payload信号到来时（发射端先进行数据发射，随后接收端在preamble时间段内打开了CAD检测），此时，用户可以在接收端通过GPIO口读取到CAD-IRQ信号，CAD检测引脚GPIO11的变化有两种情况：

1、如果preamble比较完整，内部含preamble数量大于配置的chirp_num时，GPIO11会被拉高preamble+payload的持续时间（preamble不完整，因此GPIO11整体拉高时间短于图3-1的情况）。此时，接收端可以产生正确的rxdone结果。

img

图3-2逻分抓取结果（较完整preamble）

2、如果preamble不完整，内部含preamble数量小于配置的chirp_num时，GPIO11会一直处于低电平。此时，接收端不会产生正确的接收结果。

3、只有payload信号时，GPIO11会一直处于低电平。此时，接收端不会产生正确的接收结果。

2.3.2 软件应用参考

CAD检测的时间以单个chirp持续时间作为单位计算，单个chirp持续时间为2^SF/BW（SF为扩频因子，BW为带宽，BW单位为Hz，时间单位为秒）。

下面给出两个CAD典型应用的软件设计参考：

/*return us*/
uint32_t get_chirp_time(uint32_t bw,uint32_t sf)
{
  switch(bw)
  {
    case 6:
      bw = 62500;
      break;
    case 7:
      bw = 125000;
      break;
    case 8:
      bw = 250000;
      break;
    case 9:
      bw = 500000;
      break;
    default:
    return FAIL;
  }
  return (1000000/bw)*(1<<sf);
}

1、CAD功能被用于发射前的信道检测，以保证当前信道空闲，随后进行数据发射，避免无线信号碰撞干扰，提高通信成功率。

CAD IO中断处理函数，将CAD事件置位为ACTIVE。

void Cad_Irq_Callback(void)
{
  cad_tx_timeout_flag = MAC_EVT_TX_CAD_ACTIVE;
}

CAD定时器超时回调函数，将CAD事件置位为TIMEOUT。

void cad_tx_timeout_cb(void)
{
  stimer_stop(&stimer_txcad_event);
  cad_tx_timeout_flag |= MAC_EVT_TX_CAD_TIMEOUT;
}

CAD检测函数，配置进入CAD接收状态，将CAD事件置位为NONE，并打开定时器。

uint32_t check_cad_tx_inactive(void)
{
  uint32_t bw,sf;
  rf_get_para(RF_PARA_TYPE_BW, &bw);
  rf_get_para(RF_PARA_TYPE_SF, &sf);
  uint32_t one_chirp_time = get_chirp_time(bw,sf);
  if(rf_set_cad(CAD_DETECT_THRESHOLD_10, CAD_DETECT_NUMBER_3)!= OK)
  {
    return FAIL;
  }
  cad_tx_timeout_flag = MAC_EVT_TX_CAD_NONE;
  if(rf_enter_continous_rx() != OK)
  {
    return FAIL;
  }
  SET_TIMER_MS(one_chirp_time*7/1000 + 1);
  //对于毫秒延时函数，需避免出现0ms，可以在整除的基础上增加1ms
  return OK;
}

等待并检测CAD事件即可。如果为TIMEOUT则可以立即发射，如果为ACTIVE则需要退避并等待一段时间再发射，再次发射之前需要再按上述步骤检测一次信道状态。

2、CAD功能被用于接收前的信道检测，用来检查当前信道是否存在有用信号，随后决定，继续接收，或是关闭接收，进入待机或休眠状态，以降低功耗。

uint32_t check_cad_rx_inactive(void)
{
  uint8_t i = 0;
  rf_delay_us(one_chirp_time*7);
  //首次检测需要额外延时360us，这是RF启动RX所需要的耗时
  rf_delay_us(360);
  if(CHECK_CAD()!= 1)
  {
  //可以选择关闭RX，以降低功耗。这里是测量（程序切换耗时）的起点
    rf_set_mode(PAN3029_MODE_STB3);
    return LEVEL_INACTIVE;
  }		
  return LEVEL_ACTIVE;
}

根据返回值判断CAD检测结果，如果为LEVEL_ACTIVE则继续接收，等待接收结果；如果为LEVEL_INACTIVE，可以立即关闭RX，以降低功耗。

//主函数可以使用如下逻辑调用check_cad_rx_inactive

while (1)
{ 
  if(check_cad_rx_inactive(one_chirp_time) == LEVEL_ACTIVE)
  {
    //接收处理
  }else
  {
    rf_set_mode(PAN3029_MODE_STB3);
    rf_set_para(RF_PARA_TYPE_FREQ, freq);
    rf_enter_continous_rx();//这里是测量（程序切换耗时）的终点		
  }
}

关于check_cad_rx_inactive和check_cad_tx_inactive的软件应用示例可以参考TX DEMO和RX DEMO。