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2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:本文介绍了工作于2.4GHzISM频段的射频收发芯片nRF2401的芯片结构、引脚功能、工作模式、接收与发送的工作流程,详细描述了nRF2401的器件配置,给出了应用电路图,分析了PCB设计时应该注意的问题,最后对全文进行了总结。
  
  关键词:nRF2401;射频;无线通信;收发芯片
  
  1.引言
  
  nRF2401是单片射频收发芯片,工作于2.4~2.5GHzISM频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低,以-5dBm的功率发射时,工作电流只有10.5mA,接收时工作电流只有18mA,多种低功率工作模式,节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线,同时接收两个不同频道的数据。nRF2401适用于多种无线通信的场合,如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。
  
  2.芯片结构、引脚说明
  
  2.1芯片结构
  nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器,功率放大器等功能模块,需要很少的外围元件,因此使用起来非常方便。QFN24引脚封装,外形尺寸只有5×5mm。nRF2401的功能模块如图1所示。
  
  
  
  2.2引脚说明
  表1:nRF2401引脚
  
  
  3.工作模式
  
  nRF2401有工作模式有四种:收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN和CS三个引脚决定,详见表2。
  
  表2:nRF2401工作模式
  
  
  3.1收发模式
  
  nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种,收发模式由器件配置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。
  
  3.1.1ShockBurstTM收发模式
  
  ShockBurstTM收发模式下,使用片内的先入先出堆栈区,数据低速从微控制器送入,但高速(1Mbps)发射,这样可以尽量节能,因此,使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行,这种做法有三大好处:尽量节能;低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射);数据在空中停留时间短,抗干扰性高。nRF2401的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。
  
  在ShockBurstTM收发模式下,nRF2401自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时,自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时,自动加上字头和CRC校验码,当发送过程完成后,数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。
  
  3.1.1.1ShockBurstTM发射流程
  接口引脚为CE,CLK1,DATA
  A.当微控制器有数据要发送时,其把CE置高,使nRF2401工作;
  B.把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF2401;
  C.微控制器把CE置低,激发nRF2401进行ShockBurstTM发射;
  D.nRF2401的ShockBurstTM发射
  ²给射频前端供电;
  ²射频数据打包(加字头、CRC校验码);
  ²高速发射数据包;
  ²发射完成,nRF2401进入空闲状态。
  3.1.1.2ShockBurstTM接收流程
  接口引脚CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)
  A.配置本机地址和要接收的数据包大小;
  B.进入接收状态,把CE置高;
  C.200us后,nRF2401进入监视状态,等待数据包的到来;
  D.当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码),nRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去;
  E.nRF2401通过把DR1(这个引脚一般引起微控制器中断)置高通知微控制器;
  F.微控制器把数据从nRF2401移出;
  G.所有数据移完,nRF2401把DR1置低

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