2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用.doc

2.4GHz射频收发芯片 nRF2401 及其应用 摘要本文介绍了工作于  24 频段的射频收发芯片  2401  的芯片结构、 引 脚功能、工作模式、接收与发送的工作流程，详细描述了  2401  的器件配 置，给出了应用电路图，分析了设计时应该注意的问题，最后对全文进行 了总结。 关键词  2401；射频；无线通信；收发芯片 1 引言 2401  是单片射频收发芯片，工作于  24～25  频段，芯片内置频率合成 器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道 可通过程序进行配置。 芯片能耗非常低，以 -5 的功率发射时，工作电流只有 105，接收时工 作电流只有 18，多种低功率工作模式，节能设计更方便。 其技术使 2401 可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。 2401 适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、 遥控开锁、遥控玩具等。 芯片结构、引脚说明 芯片结构 2401 内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、 滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少 的外围元件，因此使用起来非常方便。 24 引脚封装，外形尺寸只有 5×5。 2401 的功能模块如图 1 所示。 引脚说明表 12401 引脚 工作模式 2401 有工作模式有四种收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。 2401 的工作模式由 _、、 _和三个引脚决定，详见表 2。 表 22401 工作模式 收发模式 2401 的收发模式有收发模式和直接收发模式两种， 收发模式由器件配 置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。 收发模式 收发模式下， 使用片内的先入先出堆栈区， 数据低速从微控制器送入， 但高速 1 发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到 很高的射频数据发射速率。 与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大 好处尽量节能；低的系统费用低速微处理器也能进行高速射频发射；数据 在空中停留时间短，抗干扰性高。 2401 的技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。 在收发模式下， 2401 自动处理字头和校验码。 在接收数据时，自动把字头和校验码移去。 在发送数据时，自动加上字头和校验码，当发送过程完成后，数据准 备好引脚通知微处理器数据发射完毕。 3111 发射流程 接口引脚为， 1， 当微控制器有数据要发送时，其把置高，使 2401 工作； 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入 2401； 微控制器把置低，激发 2401 进行发射； 2401 的发射 2给射频前端供电； 2射频数据打包加字头、校验码； 2高速发射数据包； 2发射完成， 2401 进入空闲状态。 3112 接收流程 接口引脚、 1、 1 和接收通道 1 配置本机地址和要接收的数据包大小； 进入接收状态，把置高； 200 后， 2401 进入监视状态，等待数据包的到来； 当接收到正确的数据包正确的地址和校验码， 2401 自动把字头、 地址 和校验位移去； 2401 通过把 1 这个引脚一般引起微控制器中断置高通知微控制器； 微控制器把数据从 2401 移出； 所有数据移完， 2401 把 1 置低 ，此时，如果为高，则等待下一个数据包，如果为低，开始其它工作 流程。 直接收发模式 在直接收发模式下， 2401 如传统的射频收发器一样工作。 3121 直接发送模式 接口引脚为、 当微控制器有数据要发送时，把置高； 2401 射频前端被激活； 所有的射频协议必须在微控制器程序中进行处理包括字头、地址和校 验码。 3122 直接接收模式 接口引脚为、 1 和 一旦 2401 被配置为直接接收模式，引脚将根据天线接收到的信号开 始高低变化由于噪声的存在； 引脚也开始工作； 一旦接收到有效的字头， 1 引脚和引脚将协调工作，把射频数据包以 其被发射时的数据从引脚送给微控制器； 这头必须是 8 位； 引脚 没用上，所有的地址和校验必须在微控制器内部进行。 配置模式 在配置模式， 15 字节的配置字被送到 2401，这通过、 1 和三个引脚完 成，具体的配置方法请参考本文的器件配置部分。 空闲模式 2401 的空闲模式是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是， 实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。 在空闲模式下，部分片内晶振仍在工作，此时的工作电流跟外部晶振 的频率有关，如外部晶振为 4 时工作电流为 12，外部晶振为 16 时工作电 流为 32。 在空闲模式下，配置字的内容保持在 2401 片内。 关机模式 在关机模式下，为了得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于 1。 关机模式下，配置字的内容也会被保持在 2401 片内，这是该模式