内嵌8051的FSK收发器芯片CC1010

内嵌8051的FSK收发器芯片CC1010

摘要：基于内嵌8051单片机的无线收发器芯片CC1010是315／433／868和915MHz ISM频段（300MHz～1000MHz）无线收发电路，该器件的灵敏度为－109dBm，可编程输出功率为－20dBm～10dBm，采用FSK调制时，数据速率可达76.8kbit/2。CC1010采用2.7～3.6V低电源工作，符合EN300220和EN300220 规范。文中介绍了CC1010的功能、原理和应用电路。

    关键词：无线收发器；微控制器；FSK C1010

１ 芯片封装及引脚功能

ＣＣ１０１０是基于Ｃｈｉｐｃｏｎ＇ｓ Ｓｍａｒｔ ＲＦ技术、内嵌８０５１单片机且带有３２ｋＢ Ｆｌａｓｈ 程序存储器的单片可编程ＵＨＦ收发器芯片。它仅需要少数几个外接元件，因而外围电路连接十分简单，特别适合计算机遥测遥控、安防、家庭自动化、汽车仪表数据读取等无线数据发射／接收系统中使用。ＣＣ１０１０采用ＴＱＦＰ－６４封装，各引脚功能如表１所列。

表1 CC1010引脚功能

引   脚 符    号 功    能 1,2,6,12,15 AVDD 模拟电路电源（用于ADC，混频器，IF，LNA，PA） 3,7,8,9,16,17,22,64 AGND 模拟电路地 4 RF-IN 射频信号输入（AC耦合） 5 RF-OUT 射频信号输出到天线 10 L1 VCO谐振回路接入端 11 L2 VCO谐振回路输入端 13 CHP_OUT 通过该端充电泵电流输出到回路滤波器 14 R_BIAS 接偏置电阻（82kΩ,±1%） 18 XOSC_Q1 3～24MHz晶振输入 19 XOSC_Q2 3～24MHz晶振输出 20 XOSC32_Q2 32kHz晶振输出 21 XOSC32_Q1 32kHz晶振输入 23，24，32，41，49 DGND 数字地 25 POR_E 电源导驼复位使能端，0为不使能电源导通复位；1为使能电源导通复位 26，35，36，37，38，39，42，45，53，54，55 P1.0P1.4，P2.2，P2.3,P2.5,P1.5,P1.6,P1.7,P2.6,P2.7 8051 I/O 27，28 P2.0,P2.1 8051 I/O和RXD1（O），TXD1（O） 29，30，31，46，47，48 P3.5，p3.4,P3.3,P3.2,P3.1,P3.0 8051 I/O和PWM3 T1（I），PWM2（O）T0（I），INT1（I），INT0（I），TXD0（O），RXD0（I） 33，34，51，52 P0.0,P0.1,P0.2,P0.3 8051 I/O和SCK（O），MO（O）SI（I），MI（I）SO（O） 40，50 DVDD 数字电源 58 PROG 8051 I/O 59 RESET 8051 I/O 60 DVDD 8051 I/O 61 AD0 8051ADC输入0 62 AD1 8051ADC输入1 63 AD2 8051ADC输入，2，RSSI（O）IF（O）

２　内部结构与工作原理

ＣＣ１０１０芯片内含微控制器和收发器电路。其中微控制器以８０５１为核心，同时内嵌３２ｋＢ Ｆｌａｓｈ、２０４８＋１２８Ｂｙｔｅ ＳＲＡＭ、３通道１０ｂｉｔ ＡＤＣ、４定时器／２ＰＷＭｓ、 ２ＵＡＲＴｓ、ＲＴＣ、看门狗、ＳＰＩ、ＤＥＳ编码和２６个通用Ｉ／Ｏ，芯片收发器部分的内部结构框图如图１所示。其中接收器部分由低噪声放大器（ＬＮＡ）、混频器（ＭＩＸＥＲ）、中频放大器（ＩＦ）、解调器（ＭＯＤＥＭ）、解码器（ＣＯＤＥＣ）组成。发射器部分由功率放大器（ＰＡ）、ＰＬＬ（ＶＣＯ、充电泵、分频器）等电路组成。在接收模式中，ＣＣ１０１０被配置成超外差式接收机。ＲＦ输入信号被低噪声放大器放大，并经混频器变换成中频（ＩＦ）。在中频级，经变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波，然后将解调器输出的数字数据送入微控制器进行处理。

在发射模式下，芯片内部压控振荡器（ＶＣＯ）的输出信号直接送入功率放大器，ＲＦ输出是由微控制器的数字比特流频移键控形成的。其频率合成器产生的本振信号在接收模式时被送到混频器?ＭＩＸＥＲ??然后在发射模式时馈送到功率放大器。芯片中的频率合成器由晶体振荡器、相位检波器、充电泵、ＶＣＯ和分频器组成。外接晶体必须连接到芯片的ＸＯＳＣ端，同时ＶＣＯ也需要外接一个外部电感。具体设计时，ＣＣ１０１０芯片的工作状态设置一般由芯片内的微控制器来完成。
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3　应用电路设计

不同工作频率下，ＣＣ１０１０外围电路的元器件参数值也不完全相同，表２所列是不同频率时的具体参数。ＣＣ１０１０的典型应用电路图如图２所示。

表2 不同工作频率时的元器件参数值

ltem 315MHz　 433MHz 868MHz 915MHz C31 TBDpF，5%,COG,0603 10pF,5%,COG,0603 8.2pF,5%,COG,0603 8.2pF,5%,COG,0603 C41 TBDpF,5%,COG,0603 6.8pF,5%,COG,0603 Not used Not used C42 TBDpF,5%,COG,0603 8.2pF,5%,COG,0603 10PF,5%，COG,0603 10pF,5%,COG,0603 C171 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 C181 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603　 18pF,5%,COG,0603 L32 TBDnH,10%,0805 68nH,10%,0805(Coilcraft 0805CS-680XKBC) 12nH,10%,0805(Coilcraft 0805CS-120XKBC) 12nH,10%,0805(Coilcratf0805CS-120XKBC) L41 TBDnH,10%,0805 6.2nH,10%,0805(Coilcraft0805HQ-6N2XKBC) 2.5mnH,10%,0805(Coilcraft0805CS-120XKBC) 2.5nH,10%,0805(Coilcraft0805HQ-2N5XKBC) L101 TBDnH,5%,0805 27nH,10%,0805(KoaKL732ATE27NJ) 3.3nH,5%,0805(KoaKL732ATE3N3C) 3.3nH,5%,0805(KoaKL732ATE3N3C) R131 82kΩ,1%,0603 82kΩ,1%,0603 82kΩ,1%,0603 82kΩ,1%,0603 XTAL 14.7456MHz crystal,16pF load 14.7456MHz crystal,16pF load　 14.7456MHz crystal,16pF load 14.7456MHz crystal,16pF load

为使用户能够得到最好的性能，设计时可使用可编程组态寄存器，具体可编程的关键参数如下：

●接收和发射模式?

●ＲＦ输出功率电平?

●频率合成关键参数（如ＲＦ输出频率，ＦＳＫ调制频率分离偏差，晶振基准频率）?

●低功耗模式?

●基准振荡器在低功耗模式中启动或关闭?

●数据速率和数据形式选择等。

图2 CC1010应用电路图

    利用Ｃｈｉｐｃｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｏｎｔｓ公司提供给ＣＣ１０１０用户一个Ｓｍａｒｔ ＲＦ Ｓｔｕｄｉｏ （Ｗｉｎｄｏｗｓ界面）软件的可选择产生设置ＣＣ１０１０工作状态所需的数据，这些数据必须输入到微控制器中，然后通过编程输入到ＣＣ１０１０的可编程组态寄存器中，以完成对ＣＣ１０１０工作状态的设置。同时Ｓｍａｒｔ ＲＦ Ｓｔｕｄｉｏ 也可以给用户提供ＰＬＬ回路和输入／输出匹配电路所需的元件参数。

由于ＣＣ１０１０的应用电路通常工作在较高的频率，因而对ＰＣＢ的板面设计较为敏感。为此，Ｃｈｉｐｃｏｎ仔细地设计了ＣＣ１０１０ＥＭ评估板的ＰＣＢ板面，用户可以拷贝并运用于自己的ＰＣＢ设计中。ＰＣＢ采用４层板，材料为ＦＲ－４。ＰＣＢ厚１．６ｍｍ，第１层是顶部，４层在底部。第１层和第４层用来布局电路导线，２层是接地板，３层是电源布线板。所有没有用作布线的面积均应用铜填满并连接到地以提供ＲＦ屏蔽。地板通过通孔与所有的层连接在一起。ＣＣ１０１０的去耦电容和ＶＣＯ电感（Ｌ１０１）应放在底板面，其它元器件则应放在第１层。

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