CC3220R/S/SF：开启物联网设计新征程

在物联网蓬勃发展的今天，无线微控制器的需求日益增长。德州仪器（TI）的SimpleLink™ Wi-Fi® CC3220x系列设备，以其卓越的性能和丰富的功能，为物联网设计带来了新的解决方案。今天，我们就来深入了解一下CC3220R、CC3220S和CC3220SF这三款设备。

文件下载：cc3220r.pdf

一、产品概述

CC3220x系列设备是系统级芯片（SoC）解决方案，将两个处理器集成在单芯片内。应用处理器是基于Arm Cortex® - M4的MCU，拥有256KB的RAM和可选的1MB串行闪存；网络处理器MCU则运行所有Wi-Fi和互联网逻辑层，这个基于ROM的子系统包含802.11b/g/n无线电、基带和MAC，还配备了强大的加密引擎。

该系列有三种变体：CC3220R具备256KB的RAM、物联网网络安全和设备身份/密钥；CC3220S在CC3220R的基础上增加了MCU级别的安全功能，如文件系统加密、用户IP（MCU映像）加密、安全启动和调试安全；CC3220SF则在CC3220S的基础上集成了1MB的用户专用可执行闪存，外加256KB的RAM。

二、核心特性

（一）双核心架构

用户专用的应用MCU子系统和高度集成的Wi-Fi网络处理器，分工明确，协同工作，为设备提供强大的处理能力和稳定的网络连接。

（二）丰富的物联网安全特性

1. 增强的物联网网络安全：支持多种Wi-Fi安全模式，包括WEP、WPA/WPA2 PSK、WPA2 Enterprise (802.1x)、WPA3 Personal和WPA3 Enterprise，为网络通信提供全方位的安全保障。
2. 非对称密钥和唯一设备身份：通过硬件加密引擎实现非对称密钥的处理，确保设备身份的唯一性和数据传输的安全性。
3. 软件IP保护和安全存储（CC3220S/CC3220SF）：对用户应用和数据文件进行加密和认证，防止克隆和非法访问。

（三）先进的低功耗模式

为电池供电的应用提供了多种低功耗模式，如关机模式（1µA）、休眠模式（4.5µA）和低功耗深度睡眠模式（LPDS，135µA，256KB RAM保留），有效延长电池续航时间。

（四）内置电源管理子系统

集成DC/DC转换器，支持宽范围的电源电压（VBAT：2.1V - 3.6V），满足不同应用场景的需求。

（五）工业级温度范围

工作温度范围为 -40°C 至 85°C，适应各种恶劣的工业环境。

（六）Wi-Fi认证

芯片级的Wi-Fi Alliance® Wi-Fi CERTIFIED™，确保设备的Wi-Fi性能符合行业标准。

三、应用领域

CC3220x系列设备适用于广泛的物联网应用，如建筑和家庭自动化（HVAC系统、视频监控、门锁等）、家电、资产跟踪、工厂自动化、医疗保健和电网基础设施等。

四、功能模块详解

（一）应用微控制器子系统

1. 处理器核心：Arm® Cortex® - M4核心，运行频率为80MHz，提供高效的计算能力。
2. 内存：256KB的RAM和可选的1MB串行闪存，满足不同应用的存储需求。
3. 外设：丰富的外设接口，如McASP支持两个I2S通道、SD、SPI、I2C、UART等，方便与各种外部设备连接。
4. 安全特性：包括可信根证书目录、TI根信任公钥、安全密钥存储、文件系统安全、软件篡改检测等，保障系统的安全性。

（二）Wi-Fi网络处理器（NWP）子系统

1. Wi-Fi模式：支持802.11b/g/n站点、802.11b/g接入点（AP，支持最多四个站点）、Wi-Fi Direct®客户端和组所有者等多种模式。
2. 网络协议：集成IPv4和IPv6 TCP/IP栈，支持多种网络协议，如HTTP/HTTPS、mDNS、DNS - SD、DHCP服务器、Ping等。
3. 安全特性：支持WPA2个人和企业安全、WEP、WPA™/WPA2™ PSK、WPA3™ Personal、WPA3™ Enterprise等安全协议。

五、电气规格

（一）绝对最大额定值

涵盖了电压、温度等参数的最大允许范围，确保设备在安全的工作条件下运行。例如，VBAT和Vio的电压范围为 -0.5V 至 3.8V，工作温度范围为 -40°C 至 85°C。

（二）ESD额定值

人体模型（HBM）为 +2000V，带电设备模型（CDM）为 ±500V，具备一定的静电防护能力。

（三）推荐工作条件

详细说明了设备在不同工作模式下的电压、电流和温度要求，如VBAT和Vio的推荐电压范围为2.1V - 3.6V，不同工作模式下的电流消耗也有明确的说明。

六、设计要点

（一）引脚配置和复用

设备大量使用引脚复用技术，以在最小的封装内容纳更多的外设功能。在进行引脚配置时，建议使用Pin Mux Tool来获取所需的引脚输出，并注意引脚的属性和复用选项。同时，要确保所有I/O的驱动强度和上拉/下拉电阻的配置符合要求，避免意外的电流消耗和设备唤醒。

（二）电源布局和布线

考虑到三个关键的DC/DC转换器（模拟DC/DC、PA DC/DC和数字DC/DC），在布局电源组件时要小心谨慎。确保输入去耦电容的布线合理，隔离RF接地和嘈杂的电源接地，满足IEEE频谱掩码规范。同时，要保证电源走线的厚度大于12mils，以满足设备的电流需求。

（三）时钟接口

对于32.768kHz的慢时钟和40MHz的快时钟，要将晶体靠近VQFN封装放置，并根据电路板的寄生参数调整负载电容，确保频率公差在规定范围内。同时，要避免高频线路靠近晶体布线，防止噪声干扰。

（四）数字输入和输出

将SPI和UART线路远离RF走线，保持高速线路的长度尽可能短，避免传输线效应。对于高速线路，可添加串联终端电阻来匹配驱动阻抗和线路阻抗，并使用连续的接地参考平面来屏蔽电磁干扰。

（五）RF接口

确保天线匹配50Ω阻抗，推荐使用Pi匹配网络。同时，要保证BPF焊盘下方的区域在第一层和第二层接地，并满足最小滤波器要求。Wi-Fi RF走线应为50Ω阻抗控制走线，避免90度弯曲和尖锐角落，减少信号反射。

七、开发工具和文档支持

TI提供了丰富的开发工具和软件，如Pin Mux Tool、SimpleLink™ Wi-Fi® Starter Pro、SimpleLink™ Wi-Fi® Radio Testing Tool和CC3220 Software Development Kit (SDK)等，帮助开发者快速进行设备开发和测试。同时，还有详细的文档支持，包括勘误表、应用报告、用户指南等，为开发者提供技术指导和问题解决方案。

八、总结

CC3220R、CC3220S和CC3220SF系列设备以其强大的性能、丰富的功能和完善的安全特性，为物联网设计提供了可靠的解决方案。无论是在功耗优化、网络连接还是安全保障方面，都表现出色。对于电子工程师来说，选择CC3220x系列设备，无疑是开启物联网设计新征程的明智之选。你在使用类似设备的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。