各種芯片特性對(duì)比

1、先簡(jiǎn)單的將各種無(wú)線收發(fā)芯片做個(gè)對(duì)比，然后從中選出一個(gè)較為合適的芯片在詳細(xì)與CC2540藍(lán)牙芯片作對(duì)比。表1 各種無(wú)線收發(fā)芯片對(duì)比芯片型號(hào)nRF2401RF2915BC418XC1201CC400工作電壓1.93.6V2.45V2.53.4V2.45.5V2.73.3V數(shù)據(jù)是否可以直接單片機(jī)串口使用可以直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)無(wú)需曼徹斯特編碼，效率高不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要曼徹斯特編碼，效率低不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要曼徹斯特編碼，效率低不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要曼徹斯特編碼，效率低不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要曼徹斯特編碼，效率低最大發(fā)射功率0dBm+5 dBm+12 dBm+5

2、dBm+14 dBm發(fā)射模式下電流(5dBm)11.3mA(0dBm)17mA45mA10mA91mA接受模式下電流12.3mA(2000kbps)6.8mA最大8mA7.5mA40mA速率1或2Mbps9.6Kbps<128Kbps（外部調(diào)制）2.4Kbps（內(nèi)部調(diào)制）64Kbps9.6kbps需要外接天線數(shù)量11221外圍原件數(shù)量約2個(gè)約50個(gè)>50個(gè)兩根天線約20個(gè)，一根天線約35個(gè)>25個(gè)根據(jù)上表各種芯片的性能對(duì)比，結(jié)合一些實(shí)際因素， 在這些芯片中我們初步認(rèn)為nRF2401無(wú)線收發(fā)一體芯片比較適合。因?yàn)槠渑c藍(lán)牙芯片一樣都是工作在2.4GHz自由頻段。為此我們?cè)谙旅鎸⑦M(jìn)

3、一步將其與CC2540藍(lán)牙芯片做進(jìn)一步的對(duì)比，然后從兩者中選出一個(gè)更為合適的芯片。下面我們將對(duì)比nRF24l01芯片與CC2540藍(lán)牙芯片的優(yōu)缺點(diǎn)表2 CC2540與nRF24L01芯片對(duì)比芯片型號(hào)CC2540nRF24L01特性真正的低功耗藍(lán)牙片上系統(tǒng)解決方案：集成低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧，包括外設(shè)接口和廣泛的傳感器等真正的GFSK（高斯頻移鍵控）單片式收發(fā)芯片，集成所有與RF協(xié)議相關(guān)的高速信號(hào)處理部分，比如自動(dòng)重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包和自動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)等，其SPI接口可以利用單片機(jī)的硬件SPI接口或用單片機(jī)I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與各種高低速微處理接口，便于使用低成本單片機(jī)。發(fā)射功率3dBm最大

4、0dBm發(fā)射模式下電流24mA（-6dBm）11.3mA（0dBm）接收模式下電流19.6mA12.3mA掉電模式下電流無(wú)僅為900nA功率模式1235A（3s喚醒）無(wú)功率模式20.9A（睡眠計(jì)時(shí)器開(kāi)啟）無(wú)功率模式30.4A（外部中斷）無(wú)接收靈敏度-93dBm-85dBm傳輸速率1Mbps1Mbps或2Mbps供電范圍2V-3.6V1.9V-3.6V封裝尺寸6mm*6mm4mm*4mm成本大約10元（淘寶價(jià)格）大約5元（淘寶價(jià)格）SPI接口傳輸速率無(wú)08MbpsRF部分（1）藍(lán)牙低功耗兼容技術(shù)（2）出色的鏈路預(yù)算（高達(dá)97dB）,支持無(wú)外部前段的遠(yuǎn)程應(yīng)用（3）精確的數(shù)據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)（RSS

5、I）（4）適用于針對(duì)世界范圍內(nèi)的無(wú)線電射頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)（1）與nRF24*系列完全兼容（2）采用全球開(kāi)放的2.4GHz片段，有125個(gè)頻道，可滿足多頻及跳頻的需要（3）可100%RF檢驗(yàn)外圍設(shè)備（1）含8個(gè)通道和可配置分辨率的12位數(shù)模轉(zhuǎn)換（2）集成高性能比較器（3）通用定時(shí)器16字節(jié)（4）21個(gè)多功能I/O接口（5）32kHz休眠定時(shí)器（6）2個(gè)串口（7）全速USB接口（8）AES安全協(xié)處理器（9）電池監(jiān)控和溫度傳感器（10）每個(gè)CC2540內(nèi)涵一個(gè)唯一的48位IEEE地址（1）內(nèi)置增強(qiáng)型的“ShockBurst”工作模式（2）內(nèi)置硬件的CRC校驗(yàn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的地址控制（3）4線SPI通訊接口，適

6、合與各種MCU連接，編程簡(jiǎn)單（4）可通過(guò)軟件設(shè)置工作頻率、通訊地址、傳輸速率和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（5）MCU可通過(guò)IRQ引腳快判斷是否完成數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送CC2540芯片簡(jiǎn)介：圖1 CC2540引腳圖從上圖可知，CC2540芯片共有40個(gè)引腳，全部引腳可分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。I/O端口線引腳：CC2540有19個(gè)可編程的I/O引腳，p0、p1口是完全的8位口，p2口只有3個(gè)可以使用的位。I/O端口的關(guān)鍵特性：（1）可設(shè)置為通常的I/O口，也可設(shè)置為外圍I/O口使用；（2）在輸入時(shí)有上拉和下拉能力；（3）19個(gè)數(shù)字I/O口引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力。如果需要外部中斷，可對(duì)I

7、/O口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也可能被用來(lái)喚醒休眠模式。（4）1219腳（即P0_0P0_7）:具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力； 9/11腳（即P1_0P1_1）：具有20mA輸出驅(qū)動(dòng)能力； 58腳（P1_2P1_5）、3436腳（P2_0P2_2）、3738腳（P1_6P1_7）:具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。表3 電源線引腳功能引腳號(hào)功能21 為模擬電路連接2.03.6V24為模擬電路連接2.03.6V27為模擬電路連接2.03.6V28為模擬電路連接2.03.6V29為模擬電路連接2.03.6V31為模擬電路連接2.03.6V40提供1.8V的去耦電壓，此電壓不為外電路所使用39為I/O提供2

8、.03.6V工作電壓10為I/O提供2.03.6V工作電壓表4 控制線引腳功能引腳號(hào)功能3232.768kHZ XOSC的2.4端口3332.768kHZ XOSC的2.3端口2232MHz的晶振引腳1或外部時(shí)鐘輸入引腳2332MHz的晶振引腳225在RX期間向LNA輸入正向射頻信號(hào)；在TX期間接受來(lái)自PA的輸入正向射頻信號(hào)26在RX期間向LNA輸入負(fù)向射頻信號(hào)；在TX期間接受來(lái)自PA的輸入負(fù)向射頻信號(hào)20復(fù)位引腳，低電平由有效30為參考電流提供精確的偏置電阻用CC2540芯片設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊系統(tǒng)框圖如圖2所示圖2 藍(lán)牙模塊系統(tǒng)框圖從圖2可以看出外圍電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)主要圍繞主控芯片CC2540核心

9、芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。外圍電路主要包括兩個(gè)時(shí)鐘、電源電路、阻抗匹配電路、通信接口電路、天線等。片內(nèi)供壓方式:1.8V的穩(wěn)壓器外加去耦電容；現(xiàn)實(shí)中可以用40號(hào)管腳外加1f的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩時(shí)鐘電路中，一個(gè)時(shí)鐘電路用工作頻率為32.768kHz的石英晶振和兩個(gè)均為15pF的電容實(shí)現(xiàn)，石英晶振接芯片管腳 33 和 32，另一個(gè)時(shí)鐘電路由一個(gè)工作頻率為32MHz 的石英晶振和兩個(gè)分別為 22pF 和 12pF的電容實(shí)現(xiàn)，32MHz的石英晶振接芯片管腳 22 和23。其實(shí)物圖如下圖所示圖3 CC2540藍(lán)牙模塊nRF24L01芯片簡(jiǎn)介圖4 nRF24l01內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及管腳表5 nRF2401管腳功能管腳名稱管腳

10、功能備注1CE數(shù)字輸入用于激活芯片的接受或發(fā)送模式2DR2數(shù)字輸出數(shù)據(jù)通道2接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好輸出，表示可以接受數(shù)據(jù)3CLK2數(shù)字輸入/輸出接收數(shù)據(jù)通道的時(shí)鐘輸出/輸入4DOUT2數(shù)字輸出接收數(shù)據(jù)通道2的輸出5CS數(shù)字輸入片選用于激活配置模式6DR1數(shù)字輸出該腳輸出可用于表示數(shù)據(jù)通道1接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好7CLK1數(shù)據(jù)輸入/輸出在數(shù)據(jù)通道1的3-線接口發(fā)送時(shí)鐘輸入和接收的時(shí)鐘輸出/輸入8DATA數(shù)字輸入/輸出接收通達(dá)1/發(fā)送數(shù)據(jù)輸入/3-線接口9DVDD功率數(shù)字電源正端，使用時(shí)應(yīng)退耦10VSS功率接地（0V）11XC2模擬輸出晶振接入端12XC1模擬輸入晶振接入端13VDD_PA功率輸出功率放大器電源端

11、14ANT1射頻天線接口115ANT2射頻天線接口216VSS_PA功率接地（0V）17VDD功率+3V DC電源端18VSS功率接地（0V）19IREF模擬輸入?yún)⒖茧娏鬏斎攵?0VSS功率接地（0V）21VDD功率+3V DC電源端22VSS功率接地（0V）23PWR_UP數(shù)字輸入功率上限24VDD功率+3V DC電源端nRF24L01其實(shí)物如下圖圖5 nRF24l01無(wú)線模塊用nRF24l01芯片設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)主要包括四部分：射頻收發(fā)部分、單片機(jī)控制部分、接口電路和電源部分nRF與CC2540藍(lán)牙芯片的比較結(jié)果（1）硬件方面 CC2540方案：一般由多個(gè)芯片組成，即由PLL,發(fā)射接收處理

12、，基帶處理等多個(gè)芯片組成，所以硬件相對(duì)nRF復(fù)雜一點(diǎn)，不過(guò)總體來(lái)說(shuō)外圍電路實(shí)現(xiàn)還是不是那么困難。 nRF方案：只需要數(shù)個(gè)外圍元件。（2）接口方式 CC2540對(duì)時(shí)序要求比較嚴(yán)格。 nRF需要與單片機(jī)SPI或I/O連接。（3）編程 CC2540:通信協(xié)議和軟件堆棧比較復(fù)雜，不過(guò)CC2540內(nèi)部已經(jīng)集成了低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧和基本軟件，所以使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。 nRF：提供了實(shí)用化的源代碼，使編程相對(duì)方便一點(diǎn)（4）功耗 因CC2540有3中功率模式，且模式之間切換時(shí)間短、方便。所以功耗比較低。結(jié)論：通過(guò)以上性能比較。個(gè)人比較傾向于使用CC2540藍(lán)牙芯片。首先CC2540芯片屬于低功耗芯片，而且還是一個(gè)

13、真正意義上的片上系統(tǒng)，并且顯著降低了成本和物理尺寸。從上面的表格可以看出CC2540各種模式下的功耗電流都特別小，使用壽命長(zhǎng)久，所以比較符合我們要求的低功耗設(shè)計(jì)。而且其還支持固件升級(jí)，可在片上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其靈活性將不斷地提高，同時(shí)由于CC2540芯片集成了低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧，具有基本的軟件，這樣使用起來(lái)比較方便。CC2540芯片還內(nèi)置了微控制處理器，相比于nRF2401性能更好一點(diǎn)。綜合考慮，個(gè)人認(rèn)為CC2540更適合我們所需。藍(lán)牙天線的類型：（1）倒F型天線顧名思義，倒F型天線因其結(jié)構(gòu)與倒置的英文字母F相似而得名。如圖5所示。其中（L+H）只有四分之一波長(zhǎng)而且在其結(jié)構(gòu)中已經(jīng)包含有接觸地金屬面，可

14、以降低對(duì)模塊中接地金屬米難的敏感度，所以非常適合用在藍(lán)牙模塊裝置中。另外一方面，由于倒 F 型天線只需要利用金屬導(dǎo)體配合適當(dāng)?shù)酿伨€及天線短路到接地面的位置，故其制作成本低，而且可以直接與 pcb電路板焊接在一起，一體化設(shè)計(jì)。圖5 倒F型天線優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實(shí)現(xiàn)多頻段工作等。（2）曲流型天線因其長(zhǎng)度比較難以確定，長(zhǎng)度一般比四分之一波長(zhǎng)稍長(zhǎng)。（3）陶瓷天線陶瓷天線是另外一種適合于藍(lán)牙裝置使用的小型化天線。陶瓷天線的種類分為塊狀陶瓷天線和多層陶瓷天線。塊狀天線是使用高溫將整塊陶瓷體一次燒結(jié)完成后再將天線的金屬部分印在陶瓷塊的表面上。多層天線燒制采用低溫共燒的方式講多層陶瓷迭壓對(duì)位后再以高溫?zé)Y(jié)，所以天線的金屬導(dǎo)體可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要印在每一層陶瓷介質(zhì)層上，如此一來(lái)可以有效縮小天線尺寸，并能達(dá)到隱藏天線目的。由于陶瓷本身介電常數(shù)較 pcb 電路板高，所以使用陶瓷天線能有效縮小天線尺寸，在介電損耗方面，陶瓷介質(zhì)也比 pcb 電路板的介電損失小，所以非常適合低耗電率的的藍(lán)牙模塊中使用。陶瓷天線尺寸一般 1210 封裝相當(dāng)，效果要強(qiáng)于板載天線。使用亦比較方便，一般有ANT 接入腳和地腳，在 pcb 設(shè)計(jì)時(shí)，