內(nèi)嵌8051的FSK收發(fā)器芯片CC1010

摘要：基于內(nèi)嵌8051單片機(jī)的無線收發(fā)器芯片CC1010是315／433／868和915MHz ISM頻段（300MHz～1000MHz）無線收發(fā)電路，該器件的靈敏度為－109dBm，可編程輸出功率為－20dBm～10dBm，采用FSK調(diào)制時(shí)，數(shù)據(jù)速率可達(dá)76.8kbit/2。CC1010采用2.7～3.6V低電源工作，符合EN300220和EN300220 規(guī)范。文中介紹了CC1010的功能、原理和應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：無線收發(fā)器；微控制器；FSK C1010

１ 芯片封裝及引腳功能

ＣＣ１０１０是基于Ｃｈｉｐｃｏｎ＇ｓ Ｓｍａｒｔ ＲＦ技術(shù)、內(nèi)嵌８０５１單片機(jī)且?guī)в校常玻耄?Ｆｌａｓｈ 程序存儲(chǔ)器的單片可編程ＵＨＦ收發(fā)器芯片。它僅需要少數(shù)幾個(gè)外接元件，因而外圍電路連接十分簡(jiǎn)單，特別適合計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控、安防、家庭自動(dòng)化、汽車儀表數(shù)據(jù)讀取等無線數(shù)據(jù)發(fā)射／接收系統(tǒng)中使用。ＣＣ１０１０采用ＴＱＦＰ－６４封裝，各引腳功能如表１所列。

表1 CC1010引腳功能

引   腳 符    號(hào) 功    能 1,2,6,12,15 AVDD 模擬電路電源（用于ADC，混頻器，IF，LNA，PA） 3,7,8,9,16,17,22,64 AGND 模擬電路地 4 RF-IN 射頻信號(hào)輸入（AC耦合） 5 RF-OUT 射頻信號(hào)輸出到天線 10 L1 VCO諧振回路接入端 11 L2 VCO諧振回路輸入端 13 CHP_OUT 通過該端充電泵電流輸出到回路濾波器 14 R_BIAS 接偏置電阻（82kΩ,±1%） 18 XOSC_Q1 3～24MHz晶振輸入 19 XOSC_Q2 3～24MHz晶振輸出 20 XOSC32_Q2 32kHz晶振輸出 21 XOSC32_Q1 32kHz晶振輸入 23，24，32，41，49 DGND 數(shù)字地 25 POR_E 電源導(dǎo)駝復(fù)位使能端，0為不使能電源導(dǎo)通復(fù)位；1為使能電源導(dǎo)通復(fù)位 26，35，36，37，38，39，42，45，53，54，55 P1.0P1.4，P2.2，P2.3,P2.5,P1.5,P1.6,P1.7,P2.6,P2.7 8051 I/O 27，28 P2.0,P2.1 8051 I/O和RXD1（O），TXD1（O） 29，30，31，46，47，48 P3.5，p3.4,P3.3,P3.2,P3.1,P3.0 8051 I/O和PWM3 T1（I），PWM2（O）T0（I），INT1（I），INT0（I），TXD0（O），RXD0（I） 33，34，51，52 P0.0,P0.1,P0.2,P0.3 8051 I/O和SCK（O），MO（O）SI（I），MI（I）SO（O） 40，50 DVDD 數(shù)字電源 58 PROG 8051 I/O 59 RESET 8051 I/O 60 DVDD 8051 I/O 61 AD0 8051ADC輸入0 62 AD1 8051ADC輸入1 63 AD2 8051ADC輸入，2，RSSI（O）IF（O）

２　內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

ＣＣ１０１０芯片內(nèi)含微控制器和收發(fā)器電路。其中微控制器以８０５１為核心，同時(shí)內(nèi)嵌３２ｋＢ Ｆｌａｓｈ、２０４８＋１２８Ｂｙｔｅ ＳＲＡＭ、３通道１０ｂｉｔ ＡＤＣ、４定時(shí)器／２ＰＷＭｓ、 ２ＵＡＲＴｓ、ＲＴＣ、看門狗、ＳＰＩ、ＤＥＳ編碼和２６個(gè)通用Ｉ／Ｏ，芯片收發(fā)器部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。其中接收器部分由低噪聲放大器（ＬＮＡ）、混頻器（ＭＩＸＥＲ）、中頻放大器（ＩＦ）、解調(diào)器（ＭＯＤＥＭ）、解碼器（ＣＯＤＥＣ）組成。發(fā)射器部分由功率放大器（ＰＡ）、ＰＬＬ（ＶＣＯ、充電泵、分頻器）等電路組成。在接收模式中，ＣＣ１０１０被配置成超外差式接收機(jī)。ＲＦ輸入信號(hào)被低噪聲放大器放大，并經(jīng)混頻器變換成中頻（ＩＦ）。在中頻級(jí)，經(jīng)變換的信號(hào)在送入解調(diào)器之前被放大和濾波，然后將解調(diào)器輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)送入微控制器進(jìn)行處理。

在發(fā)射模式下，芯片內(nèi)部壓控振蕩器（ＶＣＯ）的輸出信號(hào)直接送入功率放大器，ＲＦ輸出是由微控制器的數(shù)字比特流頻移鍵控形成的。其頻率合成器產(chǎn)生的本振信號(hào)在接收模式時(shí)被送到混頻器?ＭＩＸＥＲ??然后在發(fā)射模式時(shí)饋送到功率放大器。芯片中的頻率合成器由晶體振蕩器、相位檢波器、充電泵、ＶＣＯ和分頻器組成。外接晶體必須連接到芯片的ＸＯＳＣ端，同時(shí)ＶＣＯ也需要外接一個(gè)外部電感。具體設(shè)計(jì)時(shí)，ＣＣ１０１０芯片的工作狀態(tài)設(shè)置一般由芯片內(nèi)的微控制器來完成。
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3　應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

不同工作頻率下，ＣＣ１０１０外圍電路的元器件參數(shù)值也不完全相同，表２所列是不同頻率時(shí)的具體參數(shù)。ＣＣ１０１０的典型應(yīng)用電路圖如圖２所示。

表2 不同工作頻率時(shí)的元器件參數(shù)值

ltem 315MHz　 433MHz 868MHz 915MHz C31 TBDpF，5%,COG,0603 10pF,5%,COG,0603 8.2pF,5%,COG,0603 8.2pF,5%,COG,0603 C41 TBDpF,5%,COG,0603 6.8pF,5%,COG,0603 Not used Not used C42 TBDpF,5%,COG,0603 8.2pF,5%,COG,0603 10PF,5%，COG,0603 10pF,5%,COG,0603 C171 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 C181 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603 18pF,5%,COG,0603　 18pF,5%,COG,0603 L32 TBDnH,10%,0805 68nH,10%,0805(Coilcraft 0805CS-680XKBC) 12nH,10%,0805(Coilcraft 0805CS-120XKBC) 12nH,10%,0805(Coilcratf0805CS-120XKBC) L41 TBDnH,10%,0805 6.2nH,10%,0805(Coilcraft0805HQ-6N2XKBC) 2.5mnH,10%,0805(Coilcraft0805CS-120XKBC) 2.5nH,10%,0805(Coilcraft0805HQ-2N5XKBC) L101 TBDnH,5%,0805 27nH,10%,0805(KoaKL732ATE27NJ) 3.3nH,5%,0805(KoaKL732ATE3N3C) 3.3nH,5%,0805(KoaKL732ATE3N3C) R131 82kΩ,1%,0603 82kΩ,1%,0603 82kΩ,1%,0603 82kΩ,1%,0603 XTAL 14.7456MHz crystal,16pF load 14.7456MHz crystal,16pF load　 14.7456MHz crystal,16pF load 14.7456MHz crystal,16pF load

為使用戶能夠得到最好的性能，設(shè)計(jì)時(shí)可使用可編程組態(tài)寄存器，具體可編程的關(guān)鍵參數(shù)如下：

●接收和發(fā)射模式?

●ＲＦ輸出功率電平?

●頻率合成關(guān)鍵參數(shù)（如ＲＦ輸出頻率，ＦＳＫ調(diào)制頻率分離偏差，晶振基準(zhǔn)頻率）?

●低功耗模式?

●基準(zhǔn)振蕩器在低功耗模式中啟動(dòng)或關(guān)閉?

●數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)形式選擇等。

圖2 CC1010應(yīng)用電路圖

    利用Ｃｈｉｐｃｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｏｎｔｓ公司提供給ＣＣ１０１０用戶一個(gè)Ｓｍａｒｔ ＲＦ Ｓｔｕｄｉｏ （Ｗｉｎｄｏｗｓ界面）軟件的可選擇產(chǎn)生設(shè)置ＣＣ１０１０工作狀態(tài)所需的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須輸入到微控制器中，然后通過編程輸入到ＣＣ１０１０的可編程組態(tài)寄存器中，以完成對(duì)ＣＣ１０１０工作狀態(tài)的設(shè)置。同時(shí)Ｓｍａｒｔ ＲＦ Ｓｔｕｄｉｏ 也可以給用戶提供ＰＬＬ回路和輸入／輸出匹配電路所需的元件參數(shù)。

由于ＣＣ１０１０的應(yīng)用電路通常工作在較高的頻率，因而對(duì)ＰＣＢ的板面設(shè)計(jì)較為敏感。為此，Ｃｈｉｐｃｏｎ仔細(xì)地設(shè)計(jì)了ＣＣ１０１０ＥＭ評(píng)估板的ＰＣＢ板面，用戶可以拷貝并運(yùn)用于自己的ＰＣＢ設(shè)計(jì)中。ＰＣＢ采用４層板，材料為ＦＲ－４。ＰＣＢ厚１．６ｍｍ，第１層是頂部，４層在底部。第１層和第４層用來布局電路導(dǎo)線，２層是接地板，３層是電源布線板。所有沒有用作布線的面積均應(yīng)用銅填滿并連接到地以提供ＲＦ屏蔽。地板通過通孔與所有的層連接在一起。ＣＣ１０１０的去耦電容和ＶＣＯ電感（Ｌ１０１）應(yīng)放在底板面，其它元器件則應(yīng)放在第１層。

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