单片射频收发器nRF905及其应用

1、单片射频收发器nRF905及其应用摘 要：本文首先介绍了单片射频收发器 n RF905的芯片结构、弓I脚功能、工作模式以及射 频接收和发送的工作流程；然后分析了 nRF905片内SPI接口的配置、射频通信相关寄存器 的配置；最后给出了典型的应用电路图。关键词：无线通信；射频；收发器；nRF9051.引言nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为 1.93.6V, 32引脚 QFN封装（5 X 5mm）工作于433/868/915MHZ三个ISM（工业、科学和医学）频道，频道之间 的转换时间小于650us。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振

2、荡器和 调制器组成，不需外加声表滤波器，ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和 CRC循环冗余码校验），使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm 的输出功率发射时电流只有11mA工作于接收模式时的电流为12.5mA内建空闲模式与关 机模式，易于实现节能。n RF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、 无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。2.芯片结构、引脚介绍及工作模式2.1芯片结构1nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等 模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯

3、特编码，因此使用 非常方便。n RF905的详细结构如图1所示。©色禺|>| (9邑晏 令色逢A 0二卷A (g 二證a (SSSAMISO(IO)MosiTTTy sck7127 CSN*WTKX_CK(1)PWR_UP(2)TXEN£32)CDART?!*uPCLK(3)SPI® 口询址TX寄存辖RX奇存器iwwsrSHOCKBURST解调处理H据处理CRC处理 地址处醴俯K滤波編点屈科电源管理晶体振荡器VDD PA(19)功率放犬器ANTI(20)I REF (23)2.2引脚介绍表1: nRF905引脚名称引腳功能福述1 JTRX CE1数字轴入1U

4、nRF905工作千接收或发送状卷PWR UP教丰轴人工作状态选悻2时営辎出输出时钟4,VDD电源电潮正端vss电添电源地6CD飯字辅由戟液检测7AM数字输出地址匹配8DR9VSS电源电源地10MISOSPI輸出SM输出11MOSISPI辅人SP】辅人12SCKSPI时皤SPI时钏13CSHSPI片选SPI技進.低有飲14 ,模極辎人晶版输引胞115XC2模Wffidj n晶板输为引脚2”. , .16VSS电源电瀾地17VDD电湄电源正端18 :VSS电源电瀾地VDD PA樹出电源给功率放大醫捉供1£¥的电压20ANTI射频天线揍口121AHT2射频天线楼口222vss电添

5、电源地23IREF模袒谕入参再辅入24 :VSS电源电瀾地VDD电添电漓正蠕26vss电添电源地27vss电添电源地28vss电添电源地29vss电源电源地30vss电闕电瀾地31DVDD 1 V2电涵低电压正数字输出32TXJ：N数字轴入n等于L境送模武；零于山楼收模式12.3工作模式n RF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和 ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。 n RF905的工作模式由 TRX_CETX_EN和PWR_UE个弓I脚决定，详见表 2。表2： nRF905T作模式PWR UPTRX C

6、ETX EN工作模式0XX关机模式10X空利模式110射频接收模式111射频发送模式1摘 要：本文首先介绍了单片射频收发器 n RF905的芯片结构、弓I脚功能、工作模式以及射 频接收和发送的工作流程；然后分析了 nRF905片内SPI接口的配置、射频通信相关寄存器 的配置；最后给出了典型的应用电路图。关键词：无线通信；射频；收发器；nRF9051. 引言nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.93.6V, 32引脚QFN封装（5 X 5mm）工作于433/868/915MHZ三个ISM（工业、科学和医学）频道，频道之间 的转换时间小于650us。nRF

7、905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和 调制器组成，不需外加声表滤波器，ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和 CRC循环冗余码校验），使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm 的输出功率发射时电流只有11mA工作于接收模式时的电流为12.5mA内建空闲模式与关 机模式，易于实现节能。n RF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、 无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。2. 芯片结构、引脚介绍及工作模式2.1芯片结构1nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等 模块，曼彻斯

8、特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用 非常方便。n RF905的详细结构如图1所示。(6 凶希Mfssl> oorglsl (6rsgl> ©»SA公&) <IOAueka【iou>M1S0 10)WSf(ll)SCK/J2)csnTHTbTXMEFTXWST电源吿理XG1 仃 4)畑（TRX_(q)PWR_呎牙TX_KN32)CD (G)aGTtT drist地吐处ffl!低噪声放大器JH1'LtuFGLK GFS熔液曼彻斯特 编码/解码2.2引脚介绍表1: nRF905引脚功翠H大器<频率令成

9、器VDD PA(19)ANTI (20)Al酸)啊=卜引IW引腳阳能iaa11 TEX CEKnKT905工柞于悽收亚驗送状憲2PWK UP工作状鑫选澤3uFGLK；时钟辅出4VDD电源电WIEtt5VSS电源电源地6CD敘谀检测7AM地址匹配aDE刼钿出9vss电葆电源地10MISOSPI辅出SFI辎出11MOSISPI辅人SPItt 人12SCKSPI时钟SPI时钟13CSNSPI片迤SPI 片选"v rj ；_ L4ZC1模W辅入引脚i:15榄亂辅出耳叛織出引脚2L6VSS电is1?VDE电源电添正铭18亦电淵电添地19VDE PA締出电源諳功聿啟大髓槌供l/v的电压20A1I

10、T1天统接口 121AMT2天燼楼口 222VSS电課电洞地23IREF模融1入兹舟辅人kss电糠25VDE电葆电源正禰26郵电灣电添地27电添电添地28VSS电添电洱地29vss电源130VSS电源电源地31DVDD_1 72电瀝fe电压正裁字辅出32刼字輪人零千1童送欖武；爭千D.儀收攫武2.3工作模式n RF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和 ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。 n RF905的工作模式由 TRX_CETX_EN和PWR_UE个弓I脚决定，详见表 2。表玄nRF9出工作模式PWRJ

11、JPTRXCETXEN工作模式0XX关机模式1UX空闲模式110射频接收模式111射频发送模式2.3.1ShockBurstTM 模式与射频数据包有关的高速信号处理都在 n RF905片内进行，数据速率由微控制器配置的SPI接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在n RF905中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于 nRF905工作于ShockBurstTM模式，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。在 ShockBurstTM接收模式下，当一个包含正确地址 和数据的数据包被接收到后，地址匹配（AM）和数据准备好（DR）两引脚通知微控制器。在 ShockB

12、urstTM发送模式，nRF905自动产生字头和CR（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。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。下面具体详细分析 nRF905的发送流程和接收流程。231.1发送流程典型的nRF905发送流程分以下几步：A. 当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905 SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；B. 微控制器置高TRX_C和 TX_EN激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；C. n

13、RF905的 ShockBurstTM 发送：l射频寄存器自动开启；l数据打包（加字头和CRC校验码）；l发送数据包；l当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；D. AUTO_RETRANS高，nRF905不断重发，直至U TRX_CE置低；E. 当TRX_CE置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。ShockBurstTM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_E和 TX_EN引脚是高或 低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，n RF905才能接受下一个发送数据包。2.3.1.2接收流程A. 当 TRX_CE高、TX_EN为低时，nRF905进入 Shoc

14、kBurstTM 接收模式；B. 650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；C. 当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；D. 当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；E. 当一个正确的数据包接收完毕，n RF905自动移去字头、地址和 CR（校验位，然后把数据准备好引脚置高F. 微控制器把TRX_C置低，nRF905进入空闲模式；G. 微控制器通过 SPI 口，以一定的速率把数据移到微控制器内；H. 当所有的数据接收完毕，n RF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；I. nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发

15、送模式或关机模式当正在接收一个数据包时，TRX_C或TX_EN引脚的状态发生改变，nRF905立即把其工作模 式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道 n RF905正在 接收数据包，其可以决定是让 n RF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。2.3.2 节能模式n RF905的节能模式包括关机模式和节能模式。在关机模式，n RF905的工作电流最小，一般为2.5uA。进入关机模式后，n RF905保持配 置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较 短。在空闲模式下，n RF905内

16、部的部分晶体振荡器处于工作状态。n RF905在空闲模式下的 工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。3. 器件配置 所有配置字都是通过 SPI 接口送给 nRF905。 SIP 接口的工作方式可通过 SPI 指令进行设置。 当nRF905处于空闲模式或关机模式时，SPI接口可以保持在工作状态。3.1 SPI 接口配置SPI 接口由状态寄存器、 射频配置寄存器、 发送地址寄存器、 发送数据寄存器和接收数据 寄存器 5 个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信 息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接 收机的地址和数据的字节数；发送

17、数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等； 接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。3.2 射频配置射频配置寄存器和内容如表 3 所示： 表 3：射频配置寄存器名称位宽描述CH_NO9和HFREQ_PLL -起进行频率设置(软认值为001101100b=l 08J, fi(422.4-H3H NOaH 0)*(1 +HFRB2 JLLJMHzHFREQ_PLL1使PLL工作于433或868/915MHz（默认值为0） 7'-工作于433MHz频段；*1 -工作于868/915MHZ频段PA_PWR2输出功率(软认值为00h*00?-10dBm； -OrdBm； TOdBm；

18、 TO?+10dBmRXRED_PWR1接收方式节能端该位为咼时 > 接收工作电流为1.6mA .但同时 灵敏度也降低AUTO_RETRAN1自动重憲垃“只有当TRX_CE和TXEN为高时才有效RX_AFW3接收地址宽度（默认值対100） >WK- lbyteRX 地址；400 4byte RX 地址TR_AFW3境送地址宽度默认值为100） *TOP- lbyteTX 地址：OO1-4byteTX 地址RX_PW6发送数据宽度（默认值为100000）VOOOOr- lbyte发送数据宽度；W00105-2byte发送数据宽度；（100000J-32byte发送数据宽度TX_PW6接收数据宽度（默认值为100000）W00013- lbyte接收数据宽度；WOlO-Sbyte接收数据宽度；VOODOO5-32byte接收数据宽度RX ADDRESS32境送地址标识（默认值为E7E7E7E7）UP_CLK_FREQ2输出时钟频率（默认值为11）xxr血H