极低功耗无线收发集成芯片CC1000_无线通信论文
关键词：无线收发 可编程 跳频 cc1000
引 言
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。
图1 cc1000的简化模块图
1 电路结构
图1所示为cc1000的简化模块图。在接收模式下，cc1000可看成是一个传统的超外差接收器。射频（rf）输入信号经低噪声放大器（lna）放大后翻转进入混频器，通过混频器混频产生中频（if）信号。在中频处理阶段，该信号在送入解调器之前被放大和滤波。可选的rssi信号和if信号也可通过混频产生于引脚rssi/if。解调后，cc1000从引脚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。
在发送模式下，压控振荡器（vco）输出的信号直接送入功率放大器（pa）。射频输出是通过加在dio脚上的数据进行控制的，称为移频键控（fsk）。这种内部t/r切换电路使天线的连接和匹配设计更容易。
频率合成器产生的本振信号，在接收状态下送入功放。频率合成器是由晶振（xosc）、鉴相器（pd）、充电脉冲、vco以及分频器（/r和/n）构成，外接的晶体必须与xosc引脚相连，只有外围电感需要与vco相连。
图2 cc1000的典型应用电路图
2 应用电路
cc1000工作时外围元件很少，典型的应用电路如图2所示。当配置cc1000不同的发射频率时,外围元器件参数也不同,具体参数请见参考文献。
3 三线串行数据口
cc1000 可通过简单的三线串行接口(pdata、 pclk 和pale) 进行编程，有36个8位配置寄存器，每个由7位地址寻址。一个完整的cc1000配置，要求发送29个数据帧，每个16位（7个地址位，1个读/写位和8个数据位）。pclk 频率决定了完全配置所需的时间。在10mhz的pclk频率工作下，完成整个配置所需时间少于60μs。在低电位模式设置时，仅需发射一个帧，所需时间少于2μs。所有寄存器都可读。在每次写循环中，16位字节送入pdata通道，每个数据帧中7个最重要的位（a6：0）是地址位，a6是msb（最高位），首先被发送。下一个发送的位是读/写位（高电平写，低电平读），在传输地址和读/写位期间，pale （编程地址锁存使能）必须保持低电平，接着传输8 个数据位（d7： 0），如图3所示。表1是对各参数的说明。pdata 在pclk 下降沿有效。当8位数据位中的最后一个字节位d0 装入后，整个数据字才被装入内部配置寄存器中。经过低电位状态下编程的配置才会有效，但是不能关闭电源。
表1 串行接口时序说明
| 参 数 名 称 | 符号/单位 | 最小值 | 说 明 |
| pclk频率 | fclock/mhz | - | - |
| pclk低电平持续时间 | tcl,min/ns | 50 | pclk保持低电平的最短时间 |
| pclk高电平持续时间 | tch,min/ns | 50 | pclk保持高电平的最短时间 |
| pale启动时间 | tsa/ns | 10 | pclk转到下降沿前，pale保持低电平的最短时间 |
| pale持续时间 | tha/ns | 10 | pclk转到上升沿后，pale保持低电平的最短时间 |
| pdata启动时间 | tsd/ns | 10 | pclk转到下降沿前，pale上数据准备好的最短时间 |
| pdata持续时间 | thd/ns | 10 | pclk转到下降沿后，pale上数据准备好的最短时间 |
| 上升时间 | trise/ns | - | pclk和pale上升时间的最大值 |
| 下降时间 | tfall/ns | - | pclk和pale下降时间的最大值 |
微控制器通过相同的接口也能读出配置寄存器。首先，发送7位地址位，然后读/写位设为低电平，用来初始化读回的数据。接着，cc1000从寻址寄存器中返回数据。此时，pdata 用作输出口，在读回数据期间（d7：0），微控制器必须把它设成三态，或者在引脚开路时设为高电平。读操作的时序如图4所示。
图3 cc1000写操作的编程时序图 图4 cc1000读操作的编程时序图
4 与微控制器连接
微控制器使用3个输出引脚用于接口（pdata、pclk、pale），与pdata相连的引脚必须是双向引脚，用于发送和接收数据。提供数据计时的dclk 应与微控制器输入端相连，其余引脚用来监视lock 信号（在引脚chp_out）。当pll 锁定时，该信号为逻辑高电平。图5为p87lpc762单片机与cc1000接口示意图。
p87lpc762单片机写cc1000内部寄存器的程序如下：
write_com(uchar addr,uchar com_data)//写内部寄存器子程序
{ char i;
addr<<=1;
pale=0; //允许地址锁存
for(i=0;i<7;i++) { //送地址
addr<<=1;
p_data=cy;
pclk=0; //上升沿
pclk=1;
}
p_data=1; //写操作
pclk=0;
pclk=1;
pale=1; //禁止地址锁存
for(i=0;i<8;i++){
com_data<<=1;
p_data=cy;
pclk=0;
pclk=1;
}
}
结 语
当调制数据时，cc1000能被设置成三种不同的数据形式，分别为同步nrz模式、同步曼彻斯特码模式、异步传输（uart）模式。为了满足电池供电情况下严格的电源损耗要求，cc1000 提供了十分方便的电源管理方法。通过main 寄存器控制低电平模式，有单独的位控制接收部分、发射部分、频率合成以及晶振。这种独立控制可用来优化在某个应用中最低可能达到的电流损耗。cc1000优良的性能使它主要应用于ism（工业、及医疗）方面以及srd（短距离通信）。