單片射頻收發(fā)器nRF905及其應(yīng)用

1、單片射頻收發(fā)器nRF905及其應(yīng)用摘 要：本文首先介紹了單片射頻收發(fā)器 n RF905的芯片結(jié)構(gòu)、弓I腳功能、工作模式以及射 頻接收和發(fā)送的工作流程；然后分析了 nRF905片內(nèi)SPI接口的配置、射頻通信相關(guān)寄存器 的配置；最后給出了典型的應(yīng)用電路圖。關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；射頻；收發(fā)器；nRF9051.引言nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為 1.93.6V, 32引腳 QFN封裝（5 X 5mm）工作于433/868/915MHZ三個(gè)ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻道，頻道之間 的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振

2、蕩器和 調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動(dòng)處理字頭和 CRC循環(huán)冗余碼校驗(yàn)），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm 的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA工作于接收模式時(shí)的電流為12.5mA內(nèi)建空閑模式與關(guān) 機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。n RF905適用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信、無(wú)線報(bào)警及安全系統(tǒng)、無(wú)線開(kāi)鎖、 無(wú)線監(jiān)測(cè)、家庭自動(dòng)化和玩具等諸多領(lǐng)域。2.芯片結(jié)構(gòu)、引腳介紹及工作模式2.1芯片結(jié)構(gòu)1nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等 模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無(wú)需用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯

3、特編碼，因此使用 非常方便。n RF905的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。©色禺|>| (9邑晏 令色逢A 0二卷A (g 二證a (SSSAMISO(IO)MosiTTTy sck7127 CSN*WTKX_CK(1)PWR_UP(2)TXEN£32)CDART?!*uPCLK(3)SPI® 口詢址TX寄存轄RX奇存器iwwsrSHOCKBURST解調(diào)處理H據(jù)處理CRC處理 地址處醴俯K濾波編點(diǎn)屈科電源管理晶體振蕩器VDD PA(19)功率放犬器ANTI(20)I REF (23)2.2引腳介紹表1: nRF905引腳名稱引腳功能福述1 JTRX CE1數(shù)字軸入1U

4、nRF905工作千接收或發(fā)送狀卷PWR UP教豐軸人工作狀態(tài)選悻2時(shí)営輜出輸出時(shí)鐘4,VDD電源電潮正端vss電添電源地6CD飯字輔由戟液檢測(cè)7AM數(shù)字輸出地址匹配8DR9VSS電源電源地10MISOSPI輸出SM輸出11MOSISPI輔人SP】輔人12SCKSPI時(shí)皤SPI時(shí)釧13CSHSPI片選SPI技進(jìn).低有飲14 ,模極輜人晶版輸引胞115XC2模Wffidj n晶板輸為引腳2”. , .16VSS電源電瀾地17VDD電湄電源正端18 :VSS電源電瀾地VDD PA樹(shù)出電源給功率放大醫(yī)捉供1£¥的電壓20ANTI射頻天線揍口121AHT2射頻天線樓口222vss電添

5、電源地23IREF模袒諭入?yún)⒃佥o入24 :VSS電源電瀾地VDD電添電漓正蠕26vss電添電源地27vss電添電源地28vss電添電源地29vss電源電源地30vss電闕電瀾地31DVDD 1 V2電涵低電壓正數(shù)字輸出32TXJ：N數(shù)字軸入n等于L境送模武；零于山樓收模式12.3工作模式n RF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和 ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。 n RF905的工作模式由 TRX_CETX_EN和PWR_UE個(gè)弓I腳決定，詳見(jiàn)表 2。表2： nRF905T作模式PWR UPTRX C

6、ETX EN工作模式0XX關(guān)機(jī)模式10X空利模式110射頻接收模式111射頻發(fā)送模式1摘 要：本文首先介紹了單片射頻收發(fā)器 n RF905的芯片結(jié)構(gòu)、弓I腳功能、工作模式以及射 頻接收和發(fā)送的工作流程；然后分析了 nRF905片內(nèi)SPI接口的配置、射頻通信相關(guān)寄存器 的配置；最后給出了典型的應(yīng)用電路圖。關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；射頻；收發(fā)器；nRF9051. 引言nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.93.6V, 32引腳QFN封裝（5 X 5mm）工作于433/868/915MHZ三個(gè)ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻道，頻道之間 的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650us。nRF

7、905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和 調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動(dòng)處理字頭和 CRC循環(huán)冗余碼校驗(yàn)），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm 的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA工作于接收模式時(shí)的電流為12.5mA內(nèi)建空閑模式與關(guān) 機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。n RF905適用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信、無(wú)線報(bào)警及安全系統(tǒng)、無(wú)線開(kāi)鎖、 無(wú)線監(jiān)測(cè)、家庭自動(dòng)化和玩具等諸多領(lǐng)域。2. 芯片結(jié)構(gòu)、引腳介紹及工作模式2.1芯片結(jié)構(gòu)1nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等 模塊，曼徹斯

8、特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無(wú)需用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因此使用 非常方便。n RF905的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。(6 兇希Mfssl> oorglsl (6rsgl> ©»SA公&) <IOAueka【iou>M1S0 10)WSf(ll)SCK/J2)csnTHTbTXMEFTXWST電源吿理XG1 仃 4)畑（TRX_(q)PWR_呎牙TX_KN32)CD (G)aGTtT drist地吐處ffl!低噪聲放大器JH1'LtuFGLK GFS熔液曼徹斯特 編碼/解碼2.2引腳介紹表1: nRF905引腳功翠H大器<頻率令成

9、器VDD PA(19)ANTI (20)Al酸)啊=卜引IW引腳陽(yáng)能iaa11 TEX CEKnKT905工柞于悽收亞驗(yàn)送狀憲2PWK UP工作狀鑫選澤3uFGLK；時(shí)鐘輔出4VDD電源電WIEtt5VSS電源電源地6CD敘諛檢測(cè)7AM地址匹配aDE刼鈿出9vss電葆電源地10MISOSPI輔出SFI輜出11MOSISPI輔人SPItt 人12SCKSPI時(shí)鐘SPI時(shí)鐘13CSNSPI片迤SPI 片選"v rj ；_ L4ZC1模W輔入引腳i:15欖亂輔出耳叛織出引腳2L6VSS電is1?VDE電源電添正銘18亦電淵電添地19VDE PA締出電源諳功聿啟大髓槌供l/v的電壓20A1I

10、T1天統(tǒng)接口 121AMT2天燼樓口 222VSS電課電洞地23IREF模融1入茲舟輔人kss電糠25VDE電葆電源正禰26郵電灣電添地27電添電添地28VSS電添電洱地29vss電源130VSS電源電源地31DVDD_1 72電瀝fe電壓正裁字輔出32刼字輪人零千1童送欖武；爭(zhēng)千D.儀收攫武2.3工作模式n RF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和 ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。 n RF905的工作模式由 TRX_CETX_EN和PWR_UE個(gè)弓I腳決定，詳見(jiàn)表 2。表玄nRF9出工作模式PWRJ

11、JPTRXCETXEN工作模式0XX關(guān)機(jī)模式1UX空閑模式110射頻接收模式111射頻發(fā)送模式2.3.1ShockBurstTM 模式與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號(hào)處理都在 n RF905片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在n RF905中高速發(fā)送，因此中間有很長(zhǎng)時(shí)間的空閑，這很有利于節(jié)能。由于 nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制 器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在 ShockBurstTM接收模式下，當(dāng)一個(gè)包含正確地址 和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配（AM）和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（DR）兩引腳通知微控制器。在 ShockB

12、urstTM發(fā)送模式，nRF905自動(dòng)產(chǎn)生字頭和CR（校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn) 備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲(chǔ)器和微控制器資源，同時(shí)也減小了編寫(xiě)程序的時(shí)間。下面具體詳細(xì)分析 nRF905的發(fā)送流程和接收流程。231.1發(fā)送流程典型的nRF905發(fā)送流程分以下幾步：A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，通過(guò)SPI接口，按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905 SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定；B. 微控制器置高TRX_C和 TX_EN激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；C. n

13、RF905的 ShockBurstTM 發(fā)送：l射頻寄存器自動(dòng)開(kāi)啟；l數(shù)據(jù)打包（加字頭和CRC校驗(yàn)碼）；l發(fā)送數(shù)據(jù)包；l當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高；D. AUTO_RETRANS高，nRF905不斷重發(fā)，直至U TRX_CE置低；E. 當(dāng)TRX_CE置低，nRF905發(fā)送過(guò)程完成，自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程開(kāi)始，無(wú)論TRX_E和 TX_EN引腳是高或 低，發(fā)送過(guò)程都會(huì)被處理完。只有在前一個(gè)數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，n RF905才能接受下一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包。2.3.1.2接收流程A. 當(dāng) TRX_CE高、TX_EN為低時(shí)，nRF905進(jìn)入 Shoc

14、kBurstTM 接收模式；B. 650us后，nRF905不斷監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；C. 當(dāng)nRF905檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高；D. 當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；E. 當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，n RF905自動(dòng)移去字頭、地址和 CR（校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高F. 微控制器把TRX_C置低，nRF905進(jìn)入空閑模式；G. 微控制器通過(guò) SPI 口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，n RF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低；I. nRF905此時(shí)可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)

15、送模式或關(guān)機(jī)模式當(dāng)正在接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，TRX_C或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nRF905立即把其工作模 式改變，數(shù)據(jù)包則丟失。當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信號(hào)之后，其就知道 n RF905正在 接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓 n RF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個(gè)工作模式。2.3.2 節(jié)能模式n RF905的節(jié)能模式包括關(guān)機(jī)模式和節(jié)能模式。在關(guān)機(jī)模式，n RF905的工作電流最小，一般為2.5uA。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后，n RF905保持配 置字中的內(nèi)容，但不會(huì)接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)?？臻e模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動(dòng)時(shí)間也比較 短。在空閑模式下，n RF905內(nèi)

16、部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。n RF905在空閑模式下的 工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。3. 器件配置 所有配置字都是通過(guò) SPI 接口送給 nRF905。 SIP 接口的工作方式可通過(guò) SPI 指令進(jìn)行設(shè)置。 當(dāng)nRF905處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時(shí)，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。3.1 SPI 接口配置SPI 接口由狀態(tài)寄存器、 射頻配置寄存器、 發(fā)送地址寄存器、 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù) 寄存器 5 個(gè)寄存器組成。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信 息；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等；發(fā)送地址寄存器包含接 收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；發(fā)送

17、數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等； 接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息。3.2 射頻配置射頻配置寄存器和內(nèi)容如表 3 所示： 表 3：射頻配置寄存器名稱位寬描述CH_NO9和HFREQ_PLL -起進(jìn)行頻率設(shè)置(軟認(rèn)值為001101100b=l 08J, fi(422.4-H3H NOaH 0)*(1 +HFRB2 JLLJMHzHFREQ_PLL1使PLL工作于433或868/915MHz（默認(rèn)值為0） 7'-工作于433MHz頻段；*1 -工作于868/915MHZ頻段PA_PWR2輸出功率(軟認(rèn)值為00h*00?-10dBm； -OrdBm； TOdBm；

18、 TO?+10dBmRXRED_PWR1接收方式節(jié)能端該位為咼時(shí) > 接收工作電流為1.6mA .但同時(shí) 靈敏度也降低AUTO_RETRAN1自動(dòng)重憲垃“只有當(dāng)TRX_CE和TXEN為高時(shí)才有效RX_AFW3接收地址寬度（默認(rèn)值対100） >WK- lbyteRX 地址；400 4byte RX 地址TR_AFW3境送地址寬度默認(rèn)值為100） *TOP- lbyteTX 地址：OO1-4byteTX 地址RX_PW6發(fā)送數(shù)據(jù)寬度（默認(rèn)值為100000）VOOOOr- lbyte發(fā)送數(shù)據(jù)寬度；W00105-2byte發(fā)送數(shù)據(jù)寬度；（100000J-32byte發(fā)送數(shù)據(jù)寬度TX_PW6接收數(shù)據(jù)寬度（默認(rèn)值為100000）W00013- lbyte接收數(shù)據(jù)寬度；WOlO-Sbyte接收數(shù)據(jù)寬度；VOODOO5-32byte接收數(shù)據(jù)寬度RX ADDRESS32境送地址標(biāo)識(shí)（默認(rèn)值為E7E7E7E7）UP_CLK_FREQ2輸出時(shí)鐘頻率（默認(rèn)值為11）xxr血H