极低功耗无线收发集成芯片CC1000

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极低功耗无线收发集成芯片CC1000

摘要：介绍一种无线收发集成芯片CC1000的电路结构及典型的应用设计；着重说明CC1000与微控制器通信所要求的时序。
引 言
　　CC1000是根据Chipcon公司的SmartRF技术，在0.35μm CMOS 工艺下制造的一种理想的超高频单片收发通信芯片。它的工作频带在315、868及915MHz，但CC1000很容易通过编程使其工作在300～1000MHz范围内。它具有低电压（2.3～3.6V），极低的功耗，可编程输出功率（-20～10dBm），高灵敏度（一般-109dBm），小尺寸（TSSOP-28封装），集成了位同步器等特点。其FSK数传可达72.8Kbps，具有250Hz步长可编程频率能力，适用于跳频协议；主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，使用非常灵活。


图1 CC1000的简化模块图

1 电路结构
　　图1所示为CC1000的简化模块图。在接收模式下，CC1000可看成是一个传统的超外差接收器。射频（RF）输入信号经低噪声放大器（LNA）放大后翻转进入混频器，通过混频器混频产生中频（IF）信号。在中频处理阶段，该信号在送入解调器之前被放大和滤波。可选的RSSI信号和IF信号也可通过混频产生于引脚RSSI/IF。解调后，CC1000从引脚DIO输出解调数字信号，解调信号的同步性由芯片上的PCLK提供的时钟信号完成。
　　在发送模式下，压控振荡器（VCO）输出的信号直接送入功率放大器（PA）。射频输出是通过加在DIO脚上的数据进行控制的，称为移频键控（FSK）。这种内部T/R切换电路使天线的连接和匹配设计更容易。
　　频率合成器产生的本振信号，在接收状态下送入功放。频率合成器是由晶振（XOSC）、鉴相器（PD）、充电脉冲、VCO以及分频器（/R和/N）构成，外接的晶体必须与XOSC引脚相连，只有外围电感需要与VCO相连。


图2 CC1000的典型应用电路图

2 应用电路
　　CC1000工作时外围元件很少，典型的应用电路如图2所示。当配置CC1000不同的发射频率时,外围元器件参数也不同,具体参数请见参考文献[1]。
3 三线串行数据口
　　CC1000 可通过简单的三线串行接口(PDATA、 PCLK 和PALE) 进行编程，有36个8位配置寄存器，每个由7位地址寻址。一个完整的CC1000配置，要求发送29个数据帧，每个16位（7个地址位，1个读/写位和8个数据位）。PCLK 频率决定了完全配置所需的时间。在10MHz的PCLK频率工作下，完成整个配置所需时间少于60μs。在低电位模式设置时，仅需发射一个帧，所需时间少于2μs。所有寄存器都可读。在每次写循环中，16位字节送入PDATA通道，每个数据帧中7个最重要的位（A6：0）是地址位，A6是MSB（最高位），首先被发送。下一个发送的位是读/写位（高电平写，低电平读），在传输地址和读/写位期间，PALE （编程地址锁存使能）必须保持低电平，接着传输8 个数据位（D7： 0），如图3所示。表1是对各参数的说明。PDATA 在PCLK 下降沿有效。当8位数据位中的最后一个字节位D0 装入后，整个数据字才被装入内部配置寄存器中。经过低电位状态下编程的配置信息才会有效，但是不能关闭电源。

表1 串行接口时序说明

参  数  名  称	符号/单位	最小值	说    明
PCLK频率	fCLOCK/MHz	-	-
PCLK低电平持续时间	tCL,min/ns	50	PCLK保持低电平的最短时间
PCLK高电平持续时间	tCH,min/ns	50	PCLK保持高电平的最短时间
PALE启动时间	tSA/ns	10	PCLK转到下降沿前，PALE保持低电平的最短时间
PALE持续时间	tHA/ns	10	PCLK转到上升沿后，PALE保持低电平的最短时间
PDATA启动时间	tSD/ns	10	PCLK转到下降沿前，PALE上数据准备好的最短时间
PDATA持续时间	tHD/ns	10	PCLK转到下降沿后，PALE上数据准备好的最短时间
上升时间	trise/ns	-	PCLK和PALE上升时间的最大值
下降时间	tfall/ns	-	PCLK和PALE下降时间的最大值

　　　微控制器通过相同的接口也能读出配置寄存器。首先，发送7位地址位，然后读/写位设为低电平，用来初始化读回的数据。接着，CC1000从寻址寄存器中返回数据。此时，PDATA 用作输出口，在读回数据期间（D7：0），微控制器必须把它设成三态，或者在引脚开路时设为高电平。读操作的时序如图4所示。


图3 CC1000写操作的编程时序图 图4 CC1000读操作的编程时序图

4 与微控制器连接
　　微控制器使用3个输出引脚用于接口（PDATA、PCLK、PALE），与PDATA相连的引脚必须是双向引脚，用于发送和接收数据。提供数据计时的DCLK 应与微控制器输入端相连，其余引脚用来监视LOCK 信号（在引脚CHP_OUT）。当PLL 锁定时，该信号为逻辑高电平。图5为P87LPC762单片机与CC1000接口示意图。
P87LPC762单片机写CC1000内部寄存器的程序如下：
write_com(uchar addr,uchar com_data)//写内部寄存器子程序
{ char i;
addr<<=1;
pale=0; //允许地址锁存
for(i=0;i<7;i++) { //送地址
addr<<=1;
p_data=CY;
pclk=0; //上升沿
pclk=1;
}
p_data=1; //写操作
pclk=0;
pclk=1;
pale=1; //禁止地址锁存
for(i=0;i<8;i++){
com_data<<=1;
p_data=CY;
pclk=0;
pclk=1;
}
}
结 语
　　当调制数据时，CC1000能被设置成三种不同的数据形式，分别为同步NRZ模式、同步曼彻斯特码模式、异步传输（UART）模式。为了满足电池供电情况下严格的电源损耗要求，CC1000 提供了十分方便的电源管理方法。通过MAIN 寄存器控制低电平模式，有单独的位控制接收部分、发射部分、频率合成以及晶振。这种独立控制可用来优化在某个应用中最低可能达到的电流损耗。CC1000优良的性能使它主要应用于ISM（工业、科学及医疗）方面以及SRD（短距离通信）。

李小路

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