????清華大學摩托羅拉MCU與DSP應用開發研究中心 蔣俊峰
????　　摘 要：本文比較了nRF401、nRF903和CC1000三款無線收發芯片的特性，詳細介紹了它們的結構原理、特性及應用電路。
????　　關鍵詞：無線收發芯片；nRF401；nRF903；CC1000
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????1.前言
????　　目前許多應用領域都采用無線的方式進行數據傳輸，這些領域涉及小型無線網絡、無線抄表、門禁系統、小區傳呼、工業數據采集系統、無線遙控系統、無線標簽身份識別、非接觸RF智能卡等。
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????　　由于無線收發芯片的種類和數量比較多，無線收發芯片的選擇在設計中是至關重要的，正確的選擇可以減小開發難度，縮短開發周期，降低成本，更快地將產品推向市場。選擇無線收發芯片時應考慮需要以下幾點因素：功耗、發射功率、接收靈敏度、收發芯片所需的外圍元件數量、芯片成本、數據傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼等。
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????　　在本文中筆者就所了解的RF短距數據通信芯片nRF401、nRF903和CC1000作一個對比描述，給出了它們的結構原理、特性及應用電路。
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????2. nRF401無線收發芯片
????　　nRF401是Nordic公司研制的單片UHF無線收發芯片，工作在433MHz ISM（Industrial, Scientific and Medical）頻段。它采用FSK調制解調技術，抗干擾能力強，并采用PLL頻率合成技術，頻率穩定性好，發射功率最大可達10dBm，接收靈敏度最大為－105dBm，數據傳輸速率可達20Kbps，工作電壓在+3～5V之間。nRF401無線收發芯片所需外圍元件較少，并可直接接單片機串口。
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????　　nRF401芯片內包含有發射功率放大器（PA）、低噪聲接收放大器（LNA）、晶體振蕩器（OSC）、鎖相環（PLL）、壓控振蕩器（VCO）、混頻器（MIXFR）、解調器（DEM）等電路。在接收模式中，nRF401被配置成傳統的外差式接收機，所接收的射頻調制的數字信號被低噪聲效大器放大，經混頻器變換成中頻，放大、濾波后進入解調器，解調后變換成數字信號輸出（DOUT端）。在發射模式中，數字信號經DIN端輸入，經鎖相環和壓控振蕩器處理后進入到發射功率放大器射頻輸出。由于采用了晶體振蕩和PLL合成技木，頻率穩定性極好；采用FSK調制和解調，抗干擾能力強。
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????　　nRF401的ANT1和ANT2引腳是接收時低噪聲接收放大器LNA的輸入，以及發送時發射功率放大器PA的輸出。連接nRF401的天線可以以差分方式連接到nRF401，一個50Ω的單端天線也可以通過一個差分轉換匹配網絡連接到nRF401。
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????　　圖1所示為使用單端天線的nRF401的電路圖，50Ω的單端天線通過差分轉換匹配網絡連接到nRF401的ANT1和ANT2引腳。
????　　圖2所示為使用環形天線的nRF401的電路圖，整個環形天線可以做在PCB上，對比傳統的鞭狀天線或單端天線，不僅節省空間和生產成本，機構上也更穩固可靠。
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????3. nRF903無線收發芯片
????　　nRF903是Nordic公司為433/868/915MHz ISM頻段設計的單片UHF多段無線收發芯片，它采用優化的GFSK調制解調技術，抗干擾能力強，采用DDS＋PLL頻率合成技術，頻率穩定性好，靈敏度高達－104dBm，發射功率可以調整，最大發射功率是+10dBm，可在155.6kHz的有效帶寬下傳輸最高76.8Kbps的數據。
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????　　nRF903的工作電壓范圍可以從2.7～3.3V，接收待機狀電流消耗為600μA，低功耗模式電流消耗僅為1μA，可滿足低功耗設備的要求。nRF903具有多個頻道（最多170個以上），特別滿足需要多信道工作的特殊場合，適合采用跳頻協議。
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????　　nRF903的天線接口設計為差分天線，以便于使用低成本的PCB天線，所有的參數包括工作頻率和發射功率都可以通過一個14位的配置寄存器用串行線（CS、CFG_CLK和CFG_DATA）進行設置。圖3所示為使用環形天線的nRF903的應用電路圖。
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????　　nRF903內部結構可分為發射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路及串行接口幾個部分。發射電路含有：射頻功率放大器、鎖相環（PLL）、壓控振蕩器（VCO）、頻率合成器等電路。基準振蕩器采用外接晶體振蕩器產生電路所需的基準頻率。振蕩電路采用鎖相環（PLL）方式，由在DDS基礎上的頻率合成器、外接的無源回路濾波器和壓控振蕩器組成。壓控振蕩器由片內的振蕩電路和外接的LC諧振回路組成。要發射的數據通過DATA端輸入。
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????　　接收電路包含有：低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器、GFSK解調器、濾波器等電路。低噪聲放大器放大輸入的射頻信號；混頻器采用2級混頻結構，第一級中頻10.7136MHz，第二級中頻345.6kHz。中頻放大器用來放大從混頻器來的輸出信號；中頻放大器的輸出信號經中頻濾波器濾波后送入GFSK解調器解調，解調后的數字信號在DATA端出。
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????4. CC1000無線收發芯片
????　　CC1000是Chipcon公司推出的單片可編程RF收發芯片，它基于Chipcon's Smart RF技術，可工作在ISM頻段（300～1000MHz）。CC1000集成了射頻發射、射頻接收、PLL合成、FSK調制解調、可編程控制等多種功能。
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????　　CC1000采用鎖相環技術，發射頻率是通過內部的頻率合成器來配置的，可配置的范圍為300～1000MHz，適合應用跳頻協議，一般可配出10或20個頻點，該芯片靈敏度為－109dBm，并可自動校準，可編程輸出功率為－20dBm～+10dBm，通信速率可達78.6Kbps。
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????　　CC1000的主要工作參數可由一個串行接口編程設定，使用非常方便并且具有靈活性。CC1000芯片的外圍元件較少，且對精度要求不高，并提供三種編碼方式與微控制器接口。所以CC1000與一個微控制器和少數幾個外接元件便可組成一個完整的RF收發系統。
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????　　圖4所示是CC1000的一個典型的應用電路，調節元器件C1-C13 、L1-L3、R1的參數值可使CC1000工作在不同工作頻率（300～1000MHz）。
????　　微控制器可以通過CC1000的串行接口（PDATA、PAlE和PCLK）對CC1000進行設置，通過CC1000的DIO完成數據的接收和發送。
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????5. 三款無線收發芯片性能比較
????　　上述三款無線收發芯片nRF401、nRF903和CC1000在無線短距離數傳中得到的大量的應用，這三款無線收發芯片的性能對比如表1所示。
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????參考文獻
????1 433MHz Single Chip RF Transceiver nRF401.Rev1.6. Nordic VLSI ASA, 2002
????2 430MHz-950MHz Single Chip RF Transceiver　nRF903. Rev3.1. Nordic VLSI ASA, 2002
????3 CC1000 Single Chip Very Low Power RF Transceiver. Rev1.0. Chipcon, 2001
????4 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.3. Nordic VLSI ASA, 2002
????5 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 2003
????6 Small loop antennas. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 2000
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????公司專業經營射頻無線收發芯片