高性能RF收發(fā)器CC900

CC900是美國Chipcon Component公司生產(chǎn)的單片高性能UHF收發(fā)器，適用于低功率、低電壓的無(wú)線(xiàn)通訊，是一種高集成、高靈敏、高性能的RF收發(fā)芯片。該芯征主要應用于工科醫用頻段ISM和短距離儀器SRD應用方面，工作頻率范圍在800～1000MHz，載波頻率和發(fā)射輸出功率均可通過(guò)編程確定，其范圍為-20～4dBm。CC900的主要性能參數如下：

●工作頻率可編程設置，范圍為800～1000MHz；

●編程設置的工作頻率步長(cháng)為250Hz；

●輸出功率可編程設備，范圍為-20～4dBm；

●接收靈敏度為-110dBm；

●采用2.7～3.3V單電源電壓供電；

●帶有FSK調制功能，速率為0.3～9.6kbit/s；

●發(fā)射電流為91mA/4dBm；

●待機電流為0.2μA/3V；

●平均工作電流230μA/3V；

●采用單口天線(xiàn)，內含T/R轉換開(kāi)關(guān)；

●采用SSOP-28封裝。

2.1 工作原理

CC900的內部原理框圖如圖1所示。在接收模式，RF輸入信號被低噪聲放大器（LNA）放大，并被混頻器（MIXER）轉換為中頻（IF）信號。在中頻段（IF STAGE），該IF信號被放大和濾波，最后送解調器（DEMOD）。設計時(shí)可在外部增加一個(gè)IF濾波器。信號經(jīng)CC900解調后，未經(jīng)處理的數據通過(guò)DID腳輸出。而外部微控制器則通過(guò)接口來(lái)控制已解調輸出數據的同步和數值。

在發(fā)射模式，壓控振蕩器（VCO）的輸出信號直接加到功率放大器（PH）。RF輸出采用頻移鍵控（FSK）調制方式，從管腳DIO輸入的數字位流可用來(lái)控制RF信號的頻率。而器件內部的T/R轉換開(kāi)關(guān)則可使天線(xiàn)的接口和匹配變得非常容易。

頻率合成器用于產(chǎn)生本地振蕩信號，該信號在接收模式時(shí)加到混頻器（MIXER），在發(fā)射模式時(shí)加到功放（PA）。頻率合成器由晶體振蕩器、相位檢測器、充電電路（CHARGE PUMP）、壓控振蕩器（VCO）和頻率除法器（/R和/N）組成。需要說(shuō)明的是：外部晶振必須連接到XOSC管腳。而VCO則需要外接一個(gè)帶變容二極管的LC電路。外接的環(huán)路濾波器可以提高CC900的使用靈活性。另外，CC900內部速帶有一個(gè)3線(xiàn)的數字串行接口（CONTROL）。

2.2 引腳排列及功能

圖2所示是CC900的引腳排列示意圖。其引腳功能說(shuō)明如表1所示。

表1 引腳功能

CC900通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的3線(xiàn)接口實(shí)現編程（STROBE、PDATA和CLOCK）。每次完成全部設置需要發(fā)送8個(gè)16位的數據幀。在時(shí)鐘為2MHz時(shí)，全部設備需要的時(shí)間小于100μs。

在功率降低模式時(shí)， 設置CC900只需發(fā)送1個(gè)數據幀，因此花費的時(shí)間小于10μs。

圖3所示是CC900在傳送串行數據時(shí)的時(shí)序圖，在每個(gè)寫(xiě)周期，16位數據發(fā)送到PDATA腳，每個(gè)數據幀的三個(gè)最高有效位（位15、位14、位13）是地址位，位15是地址的最高有效位，被首先發(fā)送。

圖4為CC900的編程時(shí)序圖，圖中：Tsp≥5ns；THP≥5ns；TCLOW≥50ns；TCHIGH≥50ns；TSPD≥50ns；Tsc≥5ns，CLOCK、STROBE脈沖的上升與下降沿必須小于100ns。

CC900上PDATA腳的數據加載在時(shí)鐘CLOCK的下降沿。當16位數據的最后1位（位0）加載時(shí)，STROBE脈沖必須從低電平變?yōu)楦唠娖?，然后再變?yōu)榈碗娖讲拍芗虞d該數據。在已編程為功率降低模式葉，數據設置有效，但在電流關(guān)斷時(shí)無(wú)效。

通常在CC900與微控制器一起使用時(shí)，除通過(guò)3線(xiàn)串行接口與微控制器相連以完成芯片設置以外，微控制器還需提供1個(gè)雙向輸入/輸出腳來(lái)與CC900的DIO腳相連，以完成發(fā)射數據的輸出和接收數據的輸入。通常微控制器輸入LOCK信號，用于監測CC900的工作狀態(tài)，當PLL鎖定時(shí)，LOCK為高電平。

4.1 數據發(fā)射

發(fā)射數據應采用曼徹斯特碼（即雙向電平碼bi-phase-level），以保護編碼信號有一個(gè)恒定的直流分量，該直流分量是FSK解調所必需的。曼徹斯特編碼變換方式為：“0”編碼為從低到高的變換，“1”編碼為從高到低的變換，如圖5所示。其它具有相同直流分量的編碼也可以在此使用。

4.2 數據接收

解調器輸出（DIO）是一個(gè)在0V和VDD間變化的數字信號。對于較小的輸入信號，可能會(huì )有一些噪聲疊加其上。用數字信號的邊沿進(jìn)行數據定位時(shí)，數據速率可高達9.6kbit/s。對于曼徹斯特碼，信號的基本頻率也是9.6kHz。推薦使用比解調器輸出頻率高10到20倍的過(guò)采樣頻率。對于9.6kbit/s的數據速率，采樣頻率至少應為100～200kHz。對于較低的數據速率，采樣頻率也可降低。

通常，數據接收由微控制器進(jìn)行采樣，并存儲在累加器中，累加器的長(cháng)度取決于采樣速率，一般為10到20位，輸入數據值的判別（該信號是“0”還是“1”）基于0和1數目的比較。

CC900使用時(shí)只需要少量的外部元件，圖6所示為其在水表無(wú)線(xiàn)抄表系統中的實(shí)際應用電路，圖中L51和C51用于接收器的輸入阻抗匹配，L61用于發(fā)射器的直流隔離。PLL環(huán)路濾波器由C121～C123、R121～R123組成；VCO儲能元件由C91～C93、L91和變容二極管（VAR）組成；C10～C12、C210和C211為電源去耦電容，這些電容應盡可能地*近CC900的電源管腳。在筆者開(kāi)發(fā)的水表無(wú)線(xiàn)抄表系統中，單片機選用的是AT89C2051，它是單睛機8031的簡(jiǎn)化型，具有兩個(gè)并行I/O口（P1和P3）。

利用Chipcom公司為用戶(hù)提供的應用軟件SmartRF可根據應用時(shí)的工作頻率計算出圖6電路上的元件值；此外，SmartRF還可根據用戶(hù)使用CC900時(shí)的不同工作參數選擇生成CC900的全部8個(gè)16進(jìn)制設置數據，并可初始化時(shí)由單片機把設置數據傳送到CC900，以使其按用戶(hù)要求正常工作。

CC900的天線(xiàn)可以采用單極天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)和環(huán)形天線(xiàn)，最常用的是單極天線(xiàn)，其長(cháng)度對應于電磁波長(cháng)的四分之一（λ/4），簡(jiǎn)單的天線(xiàn)可用一段導線(xiàn)來(lái)實(shí)現，也可集成到PCB板上；如考慮尺寸和成本，比λ/4短的非諧振單極天線(xiàn)也可以使用，這種天線(xiàn)便宜，也可以集成到PCB板上。天線(xiàn)應盡可能緊密地連接到CC900芯片，如果天線(xiàn)遠離輸入腳，則應使其與發(fā)射饋線(xiàn)相匹配。