單片2.4GHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體芯片nRF2401及其應用
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摘要：nRF2401是挪威Nordic公司推出的單片2.4GHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體芯片。它將射頻、8051MCU、9通道１２位ADC、外圍元件、電感和濾波器全部集成到單芯片中，并采用２.４GHz頻帶和０.18μｍ工藝，可提供ShockBurst、DuoCeiver、片上CRC以及地址計算編碼等功能。文章詳細介紹了nRF2401的結構特點(diǎn)、引腳功能和工作原理，給出了它的典型應用電路。 關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)收發(fā)器；ShockBurst；DuoCeiver;nRF2401 １ 概述 ｎＲＦ２４０１無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體芯片和藍牙一樣，都工作在２．４ＧＨｚ自由頻段，能夠在全球無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)暢通無(wú)阻。ｎＲＦ２４０１支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率超過(guò)１Ｍｂｉｔ／Ｓ，而且比藍牙具有更高的傳輸速度。它采用ＳｏＣ方法設計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。與藍牙不同的是，ｎＲＦ２４０１沒(méi)有復雜的通信協(xié)議，它完全對用戶(hù)透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。更重要的是，ｎＲＦ２４０１比藍牙產(chǎn)品更便宜。所以ｎＲＦ２４０１是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統級芯片。 ｎＲＦ２４０１的引腳排列如圖１（頂視圖）所示。它采用５ｍｍ５ｍｍ的２４引腳ＱＦＮ封裝。ｎＲＦ２４０１的主要特點(diǎn)如下： ●采用全球開(kāi)放的２.４ＧＨｚ頻段，有１２５個(gè)頻道，可滿(mǎn)足多頻及跳頻需要； ●速率（１Ｍｂｐｓ）高于藍牙，且具有高數據吞吐量； ●外圍元件極少，只需一個(gè)晶振和一個(gè)電阻即可設計射頻電路； ●發(fā)射功率和工作頻率等所有工作參數可全部通過(guò)軟件設置； ●電源電壓范圍為１.９～３.６Ｖ，功耗很低； ●電流消耗很小，－５ｄＢｍ輸出功率時(shí)的典型峰值電流為１０.５ｍＡ； ●芯片內部設置有專(zhuān)門(mén)的穩壓電路，因此，使用任何電源（包括ＤＣ／ＤＣ開(kāi)關(guān)電源）均有很好的通信效果； ●每個(gè)芯片均可以通過(guò)軟件設置最多４０ｂｉｔ地址，而且只有收到本機地址時(shí)才會(huì )輸出數據（提供一個(gè)中斷指示），同時(shí)編程也很方便； ●內置ＣＲＣ糾檢錯硬件電路和協(xié)議； ●采用ＤｕｏＣｅｉｖｅｒ技術(shù)可同時(shí)接收兩個(gè)ｎＲＦ２４０１的數據； ●采用ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ模式時(shí)，能適用極低的功率操作和不嚴格的ＭＣＵ執行； ●帶有集成增強型８０５１內核、 ９路１０ｂｉｔＡＤＣ、ＵＡＲＴ異步串口、ＳＰＩ串口和ＰＷＭ輸出； ●內置看門(mén)狗； ●無(wú)需外部ＳＡＷ濾波器； ●可１００％ＲＦ檢驗； ●帶有數據時(shí)隙和數據時(shí)鐘恢復功能。 ｎＲＦ２４０１的內部結構原理及外部組成框圖如圖２所示，下面介紹其工作原理。 ３．１ ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ模式 ｎＲＦ２４０１的ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ ＲＸ／ＴＸ模式采用片上先進(jìn)先出（ＦＩＦＯ）來(lái)進(jìn)行低數據率的時(shí)鐘同步和高數據率的傳輸，因此極大的降低了功耗。 ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ發(fā)射主要通過(guò)ＭＣＵ接口引腳ＣＥ、ＣＬＫ１和ＤＡＴＡ來(lái)完成。當ＭＣＵ請求發(fā)送數據時(shí)，置ＣＥ為高電平，此時(shí)的接收機地址和有效載荷數據作為 ｎＲＦ２４０１的內部時(shí)鐘，可用請求協(xié)議或ＭＣＵ將速率調至１Ｍｂｐｓ；置ＣＥ為低電平可激活ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ發(fā)射。 ＳｈｏｃｋＢｕｒｓｔＴＭ接收主要使用ＭＣＵ接口引腳ＣＥ、 ＤＲ１、 ＣＬＫ１和ＤＡＴＡ來(lái)實(shí)現。當正確設置射頻包輸入載荷的地址和大小后，置ＣＥ為高電平可激活ＲＸ。此后便可在ｎＲＦ２４０１監測信息輸入２００μｓ，若收到有效數據包，則給ＭＣＵ一個(gè)中斷并置ＤＲ１為高電平，以使ＭＣＵ 以時(shí)鐘形式輸出有效載荷數據，待系統收到全部數據后?ｎＲＦ２４０１再置ＤＲ１為低?此時(shí)如果ＣＥ保持高電平，則等待新的數據包。若ＣＥ置低電平，則開(kāi)始接收新的序列。 ３．２ ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴＭ的雙信道接收模式 ｎＲＦ２４０１的 ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴＭ技術(shù)為ＲＸ提供了兩個(gè)獨立的專(zhuān)用數字信道，因而可代替兩個(gè)單獨接收系統。圖３所示是ＤｕｏＣｅｉｖｅｒＴＭ同時(shí)雙接收信道結構圖。ｎＲＦ２４０１ 可以通過(guò)一個(gè)天線(xiàn)接口從相隔８ＭＨｚ的兩個(gè)１Ｍｂｐｓ接收機上接收數據。同時(shí)將兩個(gè)數字信道的輸出反饋到兩個(gè)單獨的ＭＣＵ接口。具體的兩個(gè)信道如下: 數字信道１：ＣＬＫ１，ＤＡＴＡ，ＤＲ１； 數字信道２：ＣＬＫ２，ＤＯＵＴ２，ＤＲ２； 應當說(shuō)明的是,數字信道２的頻率只有在比數字信道１的頻率高出８ＭＨｚ時(shí)，才能保證正常接收。 ｎＲＦ２４０１的電源電壓范圍為１.９～３.６Ｖ，可工作在－４０～＋８５℃的溫度范圍內。靈敏度為－９０ｄｂｍ。圖４是ｎＲＦ２４０１的一個(gè)典型應用電路。該電路由５０Ｖ陶瓷電容器（Ｃ１～Ｃ９）、ｎＲＦ２４０１無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器（Ｕ１）以及一個(gè)晶振組成，由圖可見(jiàn)，該電路外圍元件很少。 |
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