無線收發芯片應用管理論文

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摘要：nRF2401是挪威Nordic公司推出的單片2.4GHz無線收發一體芯片。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、引腳功能和工作原理，給出了它的典型應用電路。

關鍵詞：無線收發器；ShockBurst；DuoCeiver;nRF2401

1概述

nRF2401無線收發一體芯片和藍牙一樣，都工作在2．4GHz自由頻段，能夠在全球無線市場暢通無阻。nRF2401支持多點間通信，最高傳輸速率超過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電路。與藍牙不同的是，nRF2401沒有復雜的通信協議，它完全對用戶透明，同種產品之間可以自由通信。更重要的是，nRF2401比藍牙產品更便宜。所以nRF2401是業界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統級芯片。

2主要特點和引腳功能

nRF2401的引腳排列如圖1（頂視圖）所示。它采用5mm×5mm的24引腳QFN封裝。nRF2401的主要特點如下：

●采用全球開放的2.4GHz頻段，有125個頻道，可滿足多頻及跳頻需要；

●速率（1Mbps）高于藍牙，且具有高數據吞吐量；

●外圍元件極少，只需一個晶振和一個電阻即可設計射頻電路；

●發射功率和工作頻率等所有工作參數可全部通過軟件設置；

●電源電壓范圍為1.9～3.6V，功耗很低；

●電流消耗很小，－5dBm輸出功率時的典型峰值電流為10.5mA；

●芯片內部設置有專門的穩壓電路，因此，使用任何電源（包括DC／DC開關電源）均有很好的通信效果；

●每個芯片均可以通過軟件設置最多40bit地址，而且只有收到本機地址時才會輸出數據（提供一個中斷指示），同時編程也很方便；

●內置CRC糾檢錯硬件電路和協議；

●采用DuoCeiver技術可同時接收兩個nRF2401的數據；

●采用ShockBurstTM模式時，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；

●內置看門狗；

●無需外部SAW濾波器；

●可100％RF檢驗；

●帶有數據時隙和數據時鐘恢復功能。

3工作原理

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。

3．1ShockBurstTM模式

nRF2401的ShockBurstTMRX／TX模式采用片上先進先出（FIFO）來進行低數據率的時鐘同步和高數據率的傳輸，因此極大的降低了功耗。

ShockBurstTM發射主要通過MCU接口引腳CE、CLK1和DATA來完成。當MCU請求發送數據時，置CE為高電平，此時的接收機地址和有效載荷數據作為nRF2401的內部時鐘，可用請求協議或MCU將速率調至1Mbps；置CE為低電平可激活ShockBurstTM發射。

ShockBurstTM接收主要使用MCU接口引腳CE、DR1、CLK1和DATA來實現。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一個中斷并置DR1為高電平，以使MCU以時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此時如果CE保持高電平，則等待新的數據包。若CE置低電平，則開始接收新的序列。

3．2DuoCeiverTM的雙信道接收模式

nRF2401的DuoCeiverTM技術為RX提供了兩個獨立的專用數字信道，因而可代替兩個單獨接收系統。圖3所示是DuoCeiverTM同時雙接收信道結構圖。nRF2401可以通過一個天線接口從相隔8MHz的兩個1Mbps接收機上接收數據。同時將兩個數字信道的輸出反饋到兩個單獨的MCU接口。具體的兩個信道如下:

數字信道1：CLK1，DATA，DR1；

數字信道2：CLK2，DOUT2，DR2；

應當說明的是,數字信道2的頻率只有在比數字信道1的頻率高出8MHz時，才能保證正常接收。

圖4

4典型應用

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的一個典型應用電路。該電路由50V陶瓷電容器（C1～C9）、nRF2401無線電收發器（U1）以及一個晶振組成，由圖可見，該電路外圍元件很少。