2.4GHz射频收发芯片nRF2401及其应用

摘要：本文介绍了工作于2.4GHzISM频段的射频收发芯片nRF2401的芯片结构、引脚功能、工作模式、接收与发送的工作流程，详细描述了nRF2401的器件配置，给出了应用电路图，分析了PCB设计时应该注意的问题，最后对全文进行了总结。
　　
　　关键词：nRF2401；射频；无线通信；收发芯片
　　
　　1.引言
　　
　　nRF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHzISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。nRF2401适用于多种无线通信的场合，如无线数据传输系统、无线鼠标、遥控开锁、遥控玩具等。
　　
　　2.芯片结构、引脚说明
　　
　　2.1芯片结构
　　nRF2401内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，因此使用起来非常方便。QFN24引脚封装，外形尺寸只有5×5mm。nRF2401的功能模块如图1所示。
　　
　　
　　
　　2.2引脚说明
　　表1：nRF2401引脚
　　
　　
　　3.工作模式
　　
　　nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN和CS三个引脚决定，详见表2。
　　
　　表2：nRF2401工作模式
　　
　　
　　3.1收发模式
　　
　　nRF2401的收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种，收发模式由器件配置字决定，具体配置将在器件配置部分详细介绍。
　　
　　3.1.1ShockBurstTM收发模式
　　
　　ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处：尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。nRF2401的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。
　　
　　在ShockBurstTM收发模式下，nRF2401自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。
　　
　　3.1.1.1ShockBurstTM发射流程
　　接口引脚为CE，CLK1，DATA
　　A.当微控制器有数据要发送时，其把CE置高，使nRF2401工作；
　　B.把接收机的地址和要发送的数据按时序送入nRF2401；
　　C.微控制器把CE置低，激发nRF2401进行ShockBurstTM发射；
　　D.nRF2401的ShockBurstTM发射
　　²给射频前端供电；
　　²射频数据打包(加字头、CRC校验码)；
　　²高速发射数据包；
　　²发射完成，nRF2401进入空闲状态。
　　3.1.1.2ShockBurstTM接收流程
　　接口引脚CE、DR1、CLK1和DATA(接收通道1)
　　A.配置本机地址和要接收的数据包大小；
　　B.进入接收状态，把CE置高；
　　C.200us后，nRF2401进入监视状态，等待数据包的到来；
　　D.当接收到正确的数据包(正确的地址和CRC校验码)，nRF2401自动把字头、地址和CRC校验位移去；
　　E.nRF2401通过把DR1(这个引脚一般引起微控制器中断)置高通知微控制器；
　　F.微控制器把数据从nRF2401移出；
　　G.所有数据移完，nRF2401把DR1置低，此时，如果CE为高，则等待下一个数据包，如果CE为低，开始其它工作流程。
　　
　　3.1.2直接收发模式
　　在直接收发模式下，nRF2401如传统的射频收发器一样工作。
　　
　　

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