nrf401/CC1000/nrf903对比

　　本文主要是关于nrf401/CC1000/nrf903的相关介绍，并着重对nrf401/CC1000/nrf903进行了详细的对比分析。

　　CC1000

　　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。

　　nrf401/CC1000/nrf903对比

　　

　　1.前言

　　目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域涉及小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡等。

　　由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本、数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。

　　在本文中笔者就所了解的RF短距数据通信芯片nRF401、nRF903和CC1000作一个对比描述，给出了它们的结构原理、特性及应用电路。

　　2. nRF401无线收发芯片

　　nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片，工作在433MHz ISM（Industrial， Scientific and Medical）频段。它采用FSK调制解调技术，抗干扰能力强，并采用PLL频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大为－105dBm，数据传输速率可达20Kbps，工作电压在+3～5V之间。nRF401无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接接单片机串口。

　　nRF401芯片内包含有发射功率放大器（PA）、低噪声接收放大器（LNA）、晶体振荡器（OSC）、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、混频器（MIXFR）、解调器（DEM）等电路。在接收模式中，nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（DOUT端）。在发射模式中，数字信号经DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技木，频率稳定性极好；采用FSK调制和解调，抗干扰能力强。

　　nRF401的ANT1和ANT2引脚是接收时低噪声接收放大器LNA的输入，以及发送时发射功率放大器PA的输出。连接nRF401的天线可以以差分方式连接到nRF401，一个50Ω的单端天线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到nRF401。

　　图1所示为使用单端天线的nRF401的电路图，50Ω的单端天线通过差分转换匹配网络连接到nRF401的ANT1和ANT2引脚。

　　图2所示为使用环形天线的nRF401的电路图，整个环形天线可以做在PCB上，对比传统的鞭状天线或单端天线，不仅节省空间和生产成本，机构上也更稳固可靠。

　　nRF9E5是Nordic VLSI公司于2004年2月5日推出的系统级RF芯片，其内置nRF905 433/868/915MHz收发器、8051兼容微控制器和4输入10位80ksps A/D转换器，是真正的系统级芯片，内置nRF905收发器与nRF905芯片的收发器一样，可以工作于ShockBurst（自动处理前缀、地址和CRC）方式。内置电压调整模块，最大限度地抑制噪音，为系统提供1.9-3.6V的工作电压，QFN5×5mm封装，载波检测。nRF9E5符合美国通信委员会和欧洲电信标准学会的相关标准。由于nRF905功耗低，工作可靠，因此很适用于无线数据传输系统的设计。

　　3. nRF903无线收发芯片

　　nRF903是Nordic公司为433/868/915MHz ISM频段设计的单片UHF多段无线收发芯片，它采用优化的GFSK调制解调技术，抗干扰能力强，采用DDS＋PLL频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达－104dBm，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm，可在155.6kHz的有效带宽下传输最高76.8Kbps的数据。

　　nRF903的工作电压范围可以从2.7～3.3V，接收待机状电流消耗为600μA，低功耗模式电流消耗仅为1μA，可满足低功耗设备的要求。nRF903具有多个频道（最多170个以上），特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。

　　nRF903的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个14位的配置寄存器用串行线（CS、CFG_CLK和CFG_DATA）进行设置。图3所示为使用环形天线的nRF903的应用电路图。

　　nRF903内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几个部分。发射电路含有：射频功率放大器、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器产生电路所需的基准频率。振荡电路采用锁相环（PLL）方式，由在DDS基础上的频率合成器、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC谐振回路组成。要发射的数据通过DATA端输入。

　　接收电路包含有：低噪声放大器、混频器、中频放大器、GFSK解调器、滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号；混频器采用2级混频结构，第一级中频10.7136MHz，第二级中频345.6kHz。中频放大器用来放大从混频器来的输出信号；中频放大器的输出信号经中频滤波器滤波后送入GFSK解调器解调，解调后的数字信号在DATA端出。

　　4. CC1000无线收发芯片

　　CC1000是Chipcon公司推出的单片可编程RF收发芯片，它基于Chipcon IS Smart RF技术，可工作在ISM频段（300-1000MHz）。CC1000集成了射频发射、射频接收、PLL合成、FSK调制解调、可编程控制等多种功能。

　　CC1000采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为300～1000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出10或20个频点，该芯片灵敏度为－109dBm，并可自动校准，可编程输出功率为－20dBm～+10dBm，通信速率可达78.6Kbps。

　　CC1000的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。CC1000芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制器接口。所以CC1000与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的RF收发系统。

　　CC1000无线收发芯片信息采集

　　随着我国城市化进程和城市的现代化进程的不断加快，对路灯这个城市交通道路安全必不可少的照明工具的照明状况实施快捷而简单地自动化采集，以便于更好更快的维护就提上了日程。如果全部采用GPRSMODEM则成本太高，本系统采用相对成本较低的短距离无线收发芯片通过程序处理把大量的路灯信息传输到一个路灯上通过GPRSMODEM发送出去，相对于传统方式这样既节省了成本，也达到了实时可靠监控的效果。

　　1 系统构成

　　系统的主要实现对本节点路灯运行信息进行采集上传，并对短距离无线收发芯片接收到的报文进行单向过滤、逐级传输，使一条道路上的任意路灯的异常信息能及时到达拥有GPRS节点的主站点，由无线调制解调器通过GPRS方式连接到INTERNET上告到数据采集中心，从而能够方便迅速维护，节省人力成本。

　　2 系统硬件设计

　　单个的采集板，需要一个微控制器和其控制的CC1000芯片以及其他外围器件组成。每个节点需要完成对本节点路灯的信息进行采集，对其他路灯信息进行转发的功能，主节点还需完成建立GPRS连接传输数据的功能。芯片的选型需要综合成本、可维护性等发面进行考虑。

　　2.1微处理器选型

　　由于路灯信息采集由另外的微控制器完成，本系统需要对路灯供电，照明等运行信息进行采集，并且需要至少4个I/O口，以及一个外部中断管脚对CC1000用SPI总线配置寄存器CLK中断和DIO输入输出脚收发数据，另外可以通过10位拨码开关控制I/O口设置站点编码，本系统硬件接口需求不大，故可选用AVR公司的MEGA8单片机。

　　MEGA8具有8K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，三个的定时器/计数器（T/C），片内/外中断，可编程串行USART。具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，是很常用的廉价工业控制芯片。

　　2.2无线收发芯片选型

　　本设计采用了Chipcon公司用SmartRF技术在0.35μmCMOS工艺下制造的CC1000短距离RF单片收发通信芯片。CC1000可以通过编程使其工作在300～1000MHz范围的频点，最大输出功率10dBm，而且需要匹配的外围元器件很少，完全可以满足本系统的需求。

　　2.3硬件构成

　　显示主控单片机和无线收发芯片之间的连接，三线串行接口PCLK和PALE、PDATA（双向）以及CC1000输出的时钟型号DCLK，双向数据接口DIO，晶振和外围匹配电路省略未列出。

　　3 软件编程

　　3.1CC1000编程

　　（1）CC1000寄存器配置CC1000需要通过三线SPI接口（PDATA、PCLK和PALE）进行编程，配置寄存器来决定芯片的工作中心频点，和输出功率等等，使其能进入正确的工作状态。CC1000有28个8位配置寄存器每个由7位地址寻址读/写位初始化读或写的操作，一个完整的配置要求发送22个数据帧每个16位7个地址位1个读/写位和8个数据位。通过配置工作频率寄存器A、B可以设置发送（传输频率）和接收（本振频率）的工作频率，使CC1000工作在一定的频率上。

　　（2）收发数据在接收模式下CC1000可看成是一个传统的超外差接收器，射频输入信号经低噪声放大器放大后翻转进入混频器，通过混频器混频产生中频信号。该信号在送入解调器解调之前被放大和滤波，解调后CC1000从管脚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。信号接口由DIO和DCLK口组成，编码格式采用同步曼彻斯特编码模式，在曼彻斯特编码中，以一个时钟周期内从高到低跳变表示“0”，从低到高跳变表示“1”。DCLK接收到中断信号后，开始寻找帧头、帧尾以及鉴别报文。在发送模式下CC1100在DCLK上提供时钟信号，微控制器根据时钟信号在DIO输出曼彻斯特编码数据，CC1000完成调制发送。

　　3.2软件流程

　　软件主要实现数据采集和信息处理两块功能，两者独立运行，并通过消息进行交互，数据采集是通过温度，电源检测，发光检测等传感器接收、采集到路灯信息并把异常信息组成报文传输到信息处理模块。信息处理模块则负责报文接收检测、鉴别、发送以及重新封装转发。考虑到单片机处理效率问题，消息队列可以开辟环形缓存来存放，按照先入先出的原则，来避免存取的瓶颈、减少内存的使用率，使通讯能通畅地进行。

　　为确保无线通信的通畅，信息处理模块需要定期检查链路确定下一站的状态。软件状态机如图3所示：

　　因为CC1000最大传输距离可以达到2公里，而实际路灯的间距只有几十米，所以某个环节的路灯采集可能接收到若干个路灯的信息以及其他干扰信息，这时候就应该根据报文格式和地址进行过滤，只接收前一环节所发出及转发的信息单向过滤传输，为防止误码，可以对报文进行CRC16循环冗余校验。

　　为了防止某个路灯节点芯片损坏导致后面的路灯信息无法传输，需要每隔一段时间对下一个编号的路灯进行查询，数次不通后则上报故障给监控中心，并且接收和转发下下一个节点的数据，依次类推，保持后面的信息能及时畅通地传输到监控维护中心。而监控维护中心也能监测到某个节点的好坏，以便及时的维护。

　　最后所有信息都汇集到连接有GPRS调制解调器的采集板上，采集板把采集到的信息通过建立GPRS链路用TCP/IP协议上传至数据采集中心，由于篇幅限制，这里就暂不作详细介绍。

　　结语

　　关于nrf401/CC1000/nrf903的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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