內(nèi)嵌8051的FSK收發(fā)器芯片CC1010

   摘要：基于內(nèi)嵌8051單片機的無線收發(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，數(shù)據(jù)速率可達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單片機且?guī)в校常玻耄?Ｆｌａｓｈ 程序存儲器的單片可編程ＵＨＦ收發(fā)器芯片。它僅需要少數(shù)幾個外接元件，因而外圍電路連接十分簡單，特別適合計算機遙測遙控、安防、家庭自動化、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	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	射頻信號輸入（AC耦合）
5	RF-OUT	射頻信號輸出到天線
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，同時內(nèi)嵌３２ｋＢ Ｆｌａｓｈ、２０４８＋１２８Ｂｙｔｅ ＳＲＡＭ、３通道１０ｂｉｔ ＡＤＣ、４定時器／２ＰＷＭｓ、 ２ＵＡＲＴｓ、ＲＴＣ、看門狗、ＳＰＩ、ＤＥＳ編碼和２６個通用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。ＲＦ輸入信號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，經(jīng)變換的信號在送入解調(diào)器之前被放大和濾波，然后將解調(diào)器輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)送入微控制器進行處理。

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)生的本振信號在接收模式時被送到混頻器?ＭＩＸＥＲ??然后在發(fā)射模式時饋送到功率放大器。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ＶＣＯ也需要外接一個外部電感。具體設(shè)計時，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。

3　應(yīng)用電路設(shè)計

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)計時可使用可編程組態(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，晶振基準頻率）?

●低功耗模式?

●基準振蕩器在低功耗模式中啟動或關(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ＣＣ１０１０工作狀態(tài)的設(shè)置。同時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ＰＣＢ的板面設(shè)計較為敏感。為此，Ｃｈｉｐｃｏｎ仔細地設(shè)計了ＣＣ１０１０ＥＭ評估板的ＰＣＢ板面，用戶可以拷貝并運用于自己的ＰＣＢ設(shè)計中。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。