深入解析CC2545：2.4GHz RF应用的理想片上系统解决方案

在当今的无线通信领域，低功耗、高性能的片上系统（SoC）解决方案至关重要。德州仪器（TI）的CC2545就是这样一款专为2.4GHz RF应用优化的SoC，它集成了众多强大功能，适用于各种无线消费和人机接口设备（HID）应用。本文将深入剖析CC2545的特性、性能及应用，为电子工程师们提供全面的参考。

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一、CC2545的关键特性

1. RF部分

CC2545的RF部分表现卓越。它是一款单芯片2.4GHz RF收发器和微控制器，支持250 kbps、500 kbps、1 Mbps和2 Mbps的数据速率。其可编程输出功率高达4 dBm，在2 Mbps时接收器灵敏度为 -90 dBm，250 kbps时为 -98 dBm，具备出色的链路预算，无需外部前端即可实现长距离通信。此外，它还具有精确的RSSI功能，适用于全球射频法规，如欧洲的ETSI EN 300 328和EN 300 440 Category 2、美国的FCC CFR47 Part 15以及日本的ARIB STD - T66。

2. 布局优势

CC2545的布局设计十分巧妙。它所需的外部组件极少，引脚排列适合单层PCB应用，并且有参考设计可供使用。采用48引脚7mm × 7mm QFN封装，拥有31个通用I/O引脚，为设计带来了极大的便利。

3. 低功耗特性

低功耗是CC2545的一大亮点。在不同的工作模式下，它的功耗表现都非常出色。例如，主动模式RX最佳性能为20.8 mA，主动模式TX（0 dBm）为26.3 mA，功率模式1（5 µs唤醒）为235 µA，功率模式2（睡眠定时器开启）为0.9 µA，功率模式3（外部中断）为0.4 µA，且在所有功率模式下都能实现全RAM和寄存器保留，同时具有2V至3.6V的宽电源电压范围。

4. 微控制器

CC2545搭载了高性能、低功耗的8051微控制器内核，具备代码预取功能。它拥有32 - KB的闪存程序存储器和1 KB的SRAM，支持硬件调试，还具备广泛的基带自动化功能，如自动确认和地址解码。

5. 外设丰富

CC2545的外设资源丰富多样。它具有双通道DMA，可访问所有内存区域和外设；拥有通用定时器（一个16位、两个8位）、40位无线电定时器、IR生成电路、多种振荡器（32MHz XOSC、16MHz RCOSC、32kHz XOSC、32kHz RCOSC）、带捕获功能的32 - kHz睡眠定时器、AES安全协处理器、UART/SPI/I2C串行接口以及31个通用I/O引脚（其中3个引脚驱动强度为20 mA，其余为4 mA）和看门狗定时器、真随机数生成器、ADC和模拟比较器。

二、CC2545的性能指标

1. 绝对最大额定值

在使用CC2545时，需要注意其绝对最大额定值。例如，电源电压VDD范围为 -0.3V至3.9V，任何数字引脚的电压范围为 -0.3V至VDD + 0.3V（最大值为3.9V），输入RF电平为10 dBm，存储温度范围为 -40°C至125°C，ESD（人体模型）为2000 V，ESD（充电设备模型）为750 V。

2. 推荐工作条件

推荐的工作环境温度范围为 -40°C至85°C，工作电源电压为2.0V至3.6V。在这些条件下，CC2545能够稳定工作，发挥最佳性能。

3. 电气特性

CC2545的电气特性涵盖了多个方面，包括核心电流消耗、外设电流消耗、唤醒和定时、射频接收和发射等。例如，在不同的数据速率和工作模式下，其电流消耗和性能指标各不相同。在2 Mbps、GFSK、320 - kHz偏差的条件下，接收器灵敏度为 -86 dBm，饱和值为 -8 dBm等。

4. 振荡器特性

CC2545配备了多种振荡器，每种振荡器都有其特定的性能指标。例如，32 - MHz晶体振荡器的频率精度要求在不同数据速率下有所不同，250 kbps和500 kbps数据速率时为±30 ppm，1 Mbps数据速率时为±40 ppm，2 Mbps数据速率时为±60 ppm。32.768 - kHz晶体振荡器的频率精度要求为±100 ppm，32 - kHz RC振荡器校准后的频率精度为±0.2%，16 - MHz RC振荡器校准后的频率精度为±0.6%。

5. 其他特性

CC2545还具有RSSI特性、频率合成器特性、模拟温度传感器特性、比较器特性、ADC特性等。这些特性为其在不同应用场景下的性能提供了保障。

三、CC2545的内部模块

1. CPU和内存

CC2545的CPU为8051内核，具有三个不同的内存访问总线（SFR、DATA和CODE/XDATA）、调试接口和15输入扩展中断单元。内存仲裁器连接CPU和DMA控制器与物理内存和所有外设，1 - KB SRAM映射到DATA和部分XDATA内存空间，18 - KB/32 - KB闪存块提供非易失性程序内存，映射到CODE和XDATA内存空间。

2. 外设

CC2545的外设功能强大。闪存控制器可实现页擦除和4字节编程；双通道DMA控制器可高效进行数据传输；中断控制器服务17个中断源，分为六个中断组，有四个中断优先级；调试接口用于在线调试，可进行闪存擦除、振荡器控制、程序执行控制等操作；I/O控制器负责通用I/O引脚的配置；睡眠定时器可使用外部32.768 - kHz XOSC或内部32.753 - kHz RC振荡器，连续运行于所有工作模式；看门狗定时器可在固件挂起时复位设备；定时器1为16位定时器，具有多种功能；定时器2为40位无线电定时器；定时器3和4为8位定时器；USART 0可配置为SPI主/从或UART；I2C模块支持主从操作；AES加密/解密核心支持多种加密模式；超低功耗模拟比较器可根据模拟信号唤醒设备。

四、CC2545的典型特性

1. 电流与温度、电压、频率的关系

通过典型特性曲线可以看出，CC2545的RX和TX电流随温度、电源电压和频率的变化而变化。例如，在3V电源下，2 Mbps、GFSK、320 - kHz偏差的条件下，RX电流在 -40°C至80°C的温度范围内变化，TX电流在不同温度下也有相应的变化。同时，RX和TX电流还与电源电压和频率有关。

2. 灵敏度与温度、电压、频率的关系

RX灵敏度同样受到温度、电源电压和频率的影响。在不同的条件下，其灵敏度表现不同。例如，在3V电源、标准增益设置下，2 Mbps、GFSK、320 - kHz偏差时，RX灵敏度随温度的升高而降低。

3. 功率与温度、频率的关系

TX功率也会随着温度和频率的变化而改变。在3V电源、TXPOWER设置为0xE5时，TX功率在不同温度和频率下有相应的变化曲线。

4. 干扰抑制能力

CC2545在不同频率下对干扰信号具有一定的抑制能力。例如，在3V电源、TA = 25°C、标准增益设置下，对于2440 MHz、 -67 dBm的期望信号，其对不同频率干扰信号的抑制能力不同。

五、CC2545的应用与设计

1. 应用场景

CC2545适用于各种无线消费和HID应用，如专有2.4GHz系统、人机接口设备（键盘、鼠标）、消费电子等。它特别适合用于无线键盘等外设设备。

2. 外部组件与电路设计

CC2545的运行所需的外部组件较少。典型应用电路中，需要一个2.0V - 3.6V的电源、可选的32 - kHz晶体、天线等。外部组件包括用于内部1.8V数字电压调节器的去耦电容C421（1 µF）和用于内部偏置的精密电阻R351（56 kΩ）。在使用不平衡天线时，应使用巴伦来优化性能。

3. 布局注意事项

在PCB布局方面，CC2545的引脚排列适合单层PCB应用。其封装为48引脚7mm × 7mm QFN，在设计时需要注意引脚的连接和布局，确保信号的稳定性和可靠性。同时，要注意电源去耦和滤波，以获得最佳性能。

六、总结

CC2545作为一款专为2.4GHz RF应用优化的片上系统，凭借其卓越的RF性能、低功耗特性、丰富的外设资源和良好的布局设计，成为了无线消费和HID应用的理想选择。电子工程师们在设计相关产品时，可以充分利用CC2545的这些优势，开发出高性能、低功耗的无线设备。在实际应用中，还需要根据具体需求和设计要求，合理选择外部组件，优化电路布局，以确保CC2545能够发挥最佳性能。你在使用CC2545的过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。