CC2543：2.4GHz RF应用的集成化解决方案

在当今的电子设备中，无线通信技术的应用越来越广泛。对于2.4GHz RF频段的应用场景，如无线消费电子和人机接口设备（HID），选择一款性能优良、成本合理且易于设计的芯片至关重要。今天要为大家介绍的德州仪器（TI）CC2543，就是这样一款专门为2.4GHz RF应用优化的片上系统（SoC）。

文件下载：cc2543.pdf

一、CC2543的核心特性

1. RF部分

• 高速数据传输：支持250 kbps、500 kbps、1 Mbps和2 Mbps的数据速率，能够满足不同应用场景下对数据传输速度的要求。比如在一些对实时性要求较高的无线鼠标、键盘等设备中，较高的数据速率可以保证操作的精准响应。
• 出色的链路预算：可编程输出功率最高可达5 dBm，在没有外部前端的情况下也能实现长距离通信。同时，其接收器灵敏度表现优异，在2 Mbps时为 -90 dBm，在250 kbps时为 -98 dBm。这使得CC2543在实际应用中能够更好地抵抗信号衰减和干扰，保证通信的稳定性。
• 全球法规兼容：该芯片适合用于符合全球射频法规的系统，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。这意味着开发者在设计产品时，无需担心因法规问题而导致产品无法进入不同地区的市场。
• 精准的RSSI功能：接收信号强度指示（RSSI）功能可以准确地测量接收到的信号强度，为系统提供更多关于信号质量的信息，有助于优化通信链路。

2. 低功耗与高效布局

• 超低功耗模式：CC2543具有多种低功耗模式，如活动模式下RX的最佳性能为21.2 mA，活动模式TX（0 dBm）为26 mA。在Power Mode 1（5 µs唤醒）下电流为235 µA，Power mode 2（睡眠定时器开启）下仅为0.9 µA，Power mode 3（外部中断）下更是低至0.4µA。此外，它还支持宽电源电压范围（2V到3.6V），并且在所有功耗模式下都能保留完整的RAM和寄存器内容。这使得CC2543非常适合那些对功耗要求极高的低占空比系统，如无线传感器节点等。
• 简洁的布局设计：芯片所需的外部组件较少，引脚布局适合单层PCB应用，并且TI还提供了参考设计。其采用32引脚5mm × 5mm的QFN封装，包含16个通用I/O引脚，方便开发者进行电路板设计和布局。

3. 强大的微控制器

• 高性能8051内核：采用高性能、低功耗的8051微控制器内核，具备代码预取功能，能够提高指令执行效率。
• 充足的存储资源：拥有32-KB的闪存程序存储器和1 KB的SRAM，为程序运行和数据存储提供了足够的空间。
• 硬件调试支持：支持硬件调试，方便开发者在开发过程中进行代码调试和故障排查。
• 丰富的基带自动化功能：包括自动确认和地址解码等功能，减轻了软件设计的负担，提高了系统的可靠性和稳定性。

4. 丰富的外设

CC2543集成了多种外设，如双通道DMA、通用定时器（一个16位和两个8位）、40位的无线电定时器、IR生成电路、多个振荡器（32MHz XOSC、16MHz RCOSC、32kHz RCOSC）、32-kHz睡眠定时器、AES安全协处理器、UART/SPI/I2C串行接口、16个通用I/O引脚、看门狗定时器、真随机数生成器、ADC和模拟比较器等。这些外设为开发者提供了丰富的功能扩展选项，能够满足不同应用场景的需求。

二、电气与性能参数

1. 绝对最大额定值与推荐工作条件

在使用CC2543时，需要注意其绝对最大额定值，如电源电压VDD范围为 -0.3V到3.9V，任何数字引脚的电压范围为 -0.3V到VDD + 0.3 ≤ 3.9V等。超过这些额定值可能会对芯片造成永久性损坏。推荐的工作环境温度范围为 -40°C到85°C，电源电压为2V到3.6V，在这些条件下使用可以保证芯片的正常性能和可靠性。

2. 电流消耗与唤醒时间

芯片在不同工作模式下的电流消耗不同，例如在2 Mbps、GFSK、320-kHz偏差的情况下，RX模式无外设活动、低MCU活动时，核心电流消耗典型值为21.2 mA；TX模式0-dBm输出功率、无外设活动、低MCU活动时，为26 mA；TX模式5-dBm输出功率、无外设活动、低MCU活动时，为29.4 mA。在唤醒时间方面，从Power mode 1到活动模式为5 µs，从Power mode 2或3到活动模式为130 µs，从活动模式到TX或RX在不同条件下分别为500 µs（32-MHz XOSC初始关闭）和180 µs（32-MHz XOSC初始打开）。

3. 射频性能

在不同的数据速率和调制格式下，CC2543的射频接收性能表现优异。以2 Mbps、GFSK、320-kHz偏差为例，接收器灵敏度为 -86 dBm，饱和度为 -8 dBm，共信道抑制为 -13 dB等。在射频发射部分，输出功率可通过编程进行调整，并且满足全球射频法规要求。

三、应用领域

CC2543适用于多种2.4GHz无线应用场景，如专有2.4GHz系统、人机接口设备（如键盘、鼠标）以及消费电子产品等。其低功耗、高性能和丰富的外设功能，使得开发者可以轻松设计出满足市场需求的无线产品。

四、设计要点与建议

1. 外部组件选择

CC2543的正常工作所需的外部组件较少，如用于内部1.8V数字电压调节器的解耦电容C301（1 µF）和用于内部偏置的精密电阻R251（56 kΩ）。在使用不平衡天线时，建议使用巴伦来优化性能，具体的巴伦设计可参考CC2543EM参考设计。

2. 时钟与电源设计

外部32-MHz晶体及相应的负载电容用于32-MHz晶体振荡器，必要时可使用串联电阻来满足ESR要求。同时，1.8V片上电压调节器需要解耦电容C301来保证稳定工作，并且要注意电源的去耦和滤波设计，以实现最佳性能。TI提供的参考设计非常详细，建议开发者尽量遵循。

五、总结

CC2543作为一款专为2.4GHz RF应用优化的片上系统，具有高速数据传输、低功耗、丰富的外设和良好的射频性能等优点。它不仅能够满足多种应用场景的需求，还为开发者提供了便捷的设计方案。无论是在无线消费电子还是人机接口设备等领域，CC2543都有着广阔的应用前景。如果你正在进行相关领域的设计，不妨考虑一下这款优秀的芯片。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。