本文主要是關于nrf401/CC1000/nrf903的相關介紹，并著重對nrf401/CC1000/nrf903進行了詳細的對比分析。

　　CC1000

　　CC1000是根據Chipcon公司的SmartRF技術，在0.35μm CMOS 工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發通信芯片。它的工作頻帶在315、868及915MHz，但CC1000很容易通過編程使其工作在300～1000MHz范圍內。它具有低電壓（2.3～3.6V），極低的功耗，可編程輸出功率（-20～10dBm），高靈敏度（一般-109dBm），小尺寸（TSSOP-28封裝），集成了位同步器等特點。其FSK數傳可達72.8Kbps，具有250Hz步長可編程頻率能力，適用于跳頻協議；主要工作參數能通過串行總線接口編程改變，使用非常靈活。

　　nrf401/CC1000/nrf903對比

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　nRF9E5是Nordic VLSI公司于2004年2月5日推出的系統級RF芯片，其內置nRF905 433/868/915MHz收發器、8051兼容微控制器和4輸入10位80ksps A/D轉換器，是真正的系統級芯片，內置nRF905收發器與nRF905芯片的收發器一樣，可以工作于ShockBurst（自動處理前綴、地址和CRC）方式。內置電壓調整模塊，最大限度地抑制噪音，為系統提供1.9-3.6V的工作電壓，QFN5×5mm封裝，載波檢測。nRF9E5符合美國通信委員會和歐洲電信標準學會的相關標準。由于nRF905功耗低，工作可靠，因此很適用于無線數據傳輸系統的設計。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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 IS 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。

　　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。

　　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。

　　CC1000無線收發芯片信息采集

　　隨著我國城市化進程和城市的現代化進程的不斷加快，對路燈這個城市交通道路安全必不可少的照明工具的照明狀況實施快捷而簡單地自動化采集，以便于更好更快的維護就提上了日程。如果全部采用GPRSMODEM則成本太高，本系統采用相對成本較低的短距離無線收發芯片通過程序處理把大量的路燈信息傳輸到一個路燈上通過GPRSMODEM發送出去，相對于傳統方式這樣既節省了成本，也達到了實時可靠監控的效果。

　　1 系統構成

　　系統的主要實現對本節點路燈運行信息進行采集上傳，并對短距離無線收發芯片接收到的報文進行單向過濾、逐級傳輸，使一條道路上的任意路燈的異常信息能及時到達擁有GPRS節點的主站點，由無線調制解調器通過GPRS方式連接到INTERNET上告到數據采集中心，從而能夠方便迅速維護，節省人力成本。

　　2 系統硬件設計

　　單個的采集板，需要一個微控制器和其控制的CC1000芯片以及其他外圍器件組成。每個節點需要完成對本節點路燈的信息進行采集，對其他路燈信息進行轉發的功能，主節點還需完成建立GPRS連接傳輸數據的功能。芯片的選型需要綜合成本、可維護性等發面進行考慮。

　　2.1微處理器選型

　　由于路燈信息采集由另外的微控制器完成，本系統需要對路燈供電，照明等運行信息進行采集，并且需要至少4個I/O口，以及一個外部中斷管腳對CC1000用SPI總線配置寄存器CLK中斷和DIO輸入輸出腳收發數據，另外可以通過10位撥碼開關控制I/O口設置站點編碼，本系統硬件接口需求不大，故可選用AVR公司的MEGA8單片機。

　　MEGA8具有8K字節的系統內可編程Flash（具有同時讀寫的能力，即RWW），512字節EEPROM，1K字節SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，三個的定時器/計數器（T/C），片內/外中斷，可編程串行USART。具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，是很常用的廉價工業控制芯片。

　　2.2無線收發芯片選型

　　本設計采用了Chipcon公司用SmartRF技術在0.35μmCMOS工藝下制造的CC1000短距離RF單片收發通信芯片。CC1000可以通過編程使其工作在300～1000MHz范圍的頻點，最大輸出功率10dBm，而且需要匹配的外圍元器件很少，完全可以滿足本系統的需求。

　　2.3硬件構成

　　顯示主控單片機和無線收發芯片之間的連接，三線串行接口PCLK和PALE、PDATA（雙向）以及CC1000輸出的時鐘型號DCLK，雙向數據接口DIO，晶振和外圍匹配電路省略未列出。

　　3 軟件編程

　　3.1CC1000編程

　　（1）CC1000寄存器配置CC1000需要通過三線SPI接口（PDATA、PCLK和PALE）進行編程，配置寄存器來決定芯片的工作中心頻點，和輸出功率等等，使其能進入正確的工作狀態。CC1000有28個8位配置寄存器每個由7位地址尋址讀/寫位初始化讀或寫的操作，一個完整的配置要求發送22個數據幀每個16位7個地址位1個讀/寫位和8個數據位。通過配置工作頻率寄存器A、B可以設置發送（傳輸頻率）和接收（本振頻率）的工作頻率，使CC1000工作在一定的頻率上。

　　（2）收發數據在接收模式下CC1000可看成是一個傳統的超外差接收器，射頻輸入信號經低噪聲放大器放大后翻轉進入混頻器，通過混頻器混頻產生中頻信號。該信號在送入解調器解調之前被放大和濾波，解調后CC1000從管腳DIO輸出解調數字信號。解調信號的同步性由芯片上的PCLK提供的時鐘信號完成。信號接口由DIO和DCLK口組成，編碼格式采用同步曼徹斯特編碼模式，在曼徹斯特編碼中，以一個時鐘周期內從高到低跳變表示“0”，從低到高跳變表示“1”。DCLK接收到中斷信號后，開始尋找幀頭、幀尾以及鑒別報文。在發送模式下CC1100在DCLK上提供時鐘信號，微控制器根據時鐘信號在DIO輸出曼徹斯特編碼數據，CC1000完成調制發送。

　　3.2軟件流程

　　軟件主要實現數據采集和信息處理兩塊功能，兩者獨立運行，并通過消息進行交互，數據采集是通過溫度，電源檢測，發光檢測等傳感器接收、采集到路燈信息并把異常信息組成報文傳輸到信息處理模塊。信息處理模塊則負責報文接收檢測、鑒別、發送以及重新封裝轉發。考慮到單片機處理效率問題，消息隊列可以開辟環形緩存來存放，按照先入先出的原則，來避免存取的瓶頸、減少內存的使用率，使通訊能通暢地進行。

　　為確保無線通信的通暢，信息處理模塊需要定期檢查鏈路確定下一站的狀態。軟件狀態機如圖3所示：

　　因為CC1000最大傳輸距離可以達到2公里，而實際路燈的間距只有幾十米，所以某個環節的路燈采集可能接收到若干個路燈的信息以及其他干擾信息，這時候就應該根據報文格式和地址進行過濾，只接收前一環節所發出及轉發的信息單向過濾傳輸，為防止誤碼，可以對報文進行CRC16循環冗余校驗。

　　為了防止某個路燈節點芯片損壞導致后面的路燈信息無法傳輸，需要每隔一段時間對下一個編號的路燈進行查詢，數次不通后則上報故障給監控中心，并且接收和轉發下下一個節點的數據，依次類推，保持后面的信息能及時暢通地傳輸到監控維護中心。而監控維護中心也能監測到某個節點的好壞，以便及時的維護。

　　最后所有信息都匯集到連接有GPRS調制解調器的采集板上，采集板把采集到的信息通過建立GPRS鏈路用TCP/IP協議上傳至數據采集中心，由于篇幅限制，這里就暫不作詳細介紹。

　　結語

　　關于nrf401/CC1000/nrf903的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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