无线收发芯片比较.doc

1、无线收发芯片比较与选择原文作者： 清华大学摩托罗拉 MCU 与 DSP 应用开发研究中心蒋俊峰来 源： 今日电子 摘 要：本文比较了 nRF401、nRF903 和 CC1000 三款无线收发芯片的特性，详细介绍了它们的结构原理、特性及应用电路。关键词：无线收发芯片；nRF401；nRF903；CC10001.前言目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域涉及小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签身份识别、非接触 RF 智能卡等。由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短

2、开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本、数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。在本文中笔者就所了解的 NRF 短距数据通信芯片 nRF401、nRF903 和 CC1000 作一个对比描述，给出了它们的结构原理、特性及应用电路。2. nRF401 无线收发芯片nRF401 是 Nordic 公司研制的单片 UHF 无线收发芯片，工作在 433MHz ISM（Industrial, Scientific and Medical）频段。它采用 FSK 调制解调技术，抗干扰能力强，并采用 PL

3、L 频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达 10dBm，接收灵敏度最大为105dBm，数据传输速率可达 20Kbps，工作电压在+35V 之间。nRF401 无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接单片机串口。图 1 所示为使用单端天线的 nRF401 的电路图，50 的单端天线通过差分转换匹配网络连接到 nRF401的 ANT1 和 ANT2 引脚。nRF401 芯片内包含有发射功率放大器（PA ） 、低噪声接收放大器（LNA） 、晶体振荡器（OSC） 、锁相环（PLL） 、压控振荡器（ VCO） 、混频器（MIXFR） 、解调器（DEM）等电路。在接收模式中，nRF401 被配置成传统

4、的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声较大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（DOUT 端） 。在发射模式中，数字信号经 DIN 端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和 PLL 合成技木，频率稳定性极好；采用 FSK 调制和解调，抗干扰能力强。nRF401 的 ANT1 和 ANT2 引脚是接收时低噪声接收放大器 LNA 的输入，以及发送时发射功率放大器PA 的输出。连接 nRF401 的天线可以以差分方式连接到 nRF401，一个 50 的单端天线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到 nRF4

5、01。图 2 所示为使用环形天线的 nRF401 的电路图，整个环形天线可以做在 PCB 上，对比传统的鞭状天线或单端天线，不仅节省空间和生产成本，机构上也更稳固可靠。3. nRF903 无线收发芯片nRF903 是 Nordic 公司为 433/868/915MHz ISM 频段设计的单片 UHF 多段无线收发芯片，它采用优化的 GFSK 调制解调技术，抗干扰能力强，采用 DDSPLL 频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达104dBm，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm，可在 155.6kHz 的有效带宽下传输最高 76.8Kbps的数据。nRF903 的工作电压范围可以从 2.

6、73.3V，接收待机状电流消耗为 600A，低功耗模式电流消耗仅为1A，可满足低功耗设备的要求。nRF903 具有多个频道（最多 170 个以上） ，特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。nRF903 的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的 PCB 天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个 14 位的配置寄存器用串行线（CS、CFG_CLK 和 CFG_DATA）进行设置。图 3 所示为使用环形天线的 nRF903 的应用电路图。nRF903 内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几个部分。发射电路含有：射频功率放大器、锁相环（PL

7、L） 、压控振荡器（VCO） 、频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器产生电路所需的基准频率。振荡电路采用锁相环（PLL）方式，由在 DDS 基础上的频率合成器、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的 LC 谐振回路组成。要发射的数据通过 DATA 端输入。接收电路包含有：低噪声放大器、混频器、中频放大器、GFSK 解调器、滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号；混频器采用 2 级混频结构，第一级中频 10.7136MHz，第二级中频 345.6kHz。中频放大器用来放大从混频器来的输出信号；中频放大器的输出信号经中频滤波器滤波后送入 GFSK

8、解调器解调，解调后的数字信号在 DATA 端出。4. CC1000 无线收发芯片CC1000 是 Chipcon 公司推出的单片可编程 RF 收发芯片，它基于 Chipcons Smart RF 技术，可工作在ISM 频段（300 1000MHz） 。CC1000 集成了射频发射、射频接收、 PLL 合成、FSK 调制解调、可编程控制等多种功能。 CC1000 采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为300 1000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出 10 或 20 个频点，该芯片灵敏度为109dBm，并可自动校准，可编程输出功率为20dBm+10dBm，通信速

9、率可达 78.6Kbps。CC1000 的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。CC1000 芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制器接口。所以 CC1000 与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的 RF 收发系统。微控制器可以通过 CC1000 的串行接口（PDATA、PAlE 和 PCLK）对 CC1000 进行设置，通过 CC1000 的DIO 完成数据的接收和发送。图 4 所示是 CC1000 的一个典型的应用电路，调节元器件 C1-C13 、L1-L3、R1 的参数值可使 CC1000工作在不同工作频率（3001000

10、MHz） 。5. 三款无线收发芯片性能比较上述三款无线收发芯片 nRF401、nRF903 和 CC1000 在无线短距离数传中得到的大量的应用，这三款无线收发芯片的性能对比如表 1 所示。参考文献1 433MHz Single Chip RF Transceiver nRF401.Rev1.6. Nordic VLSI ASA, 20022 430MHz-950MHz Single Chip RF Transceiver nRF903. Rev3.1. Nordic VLSI ASA, 20023 CC1000 Single Chip Very Low Power RF Transceiver. Rev1.0. Chipcon, 20014 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.3. Nordic VLSI ASA, 20025 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 20036 Small loop antennas. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 2000