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????清华大学摩托罗拉MCU与DSP应用开发研究中心 蒋俊峰
???? 摘 要：本文比较了nRF401、nRF903和CC1000三款无线收发芯片的特性，详细介绍了它们的结构原理、特性及应用电路。
???? 关键词：无线收发芯片；nRF401；nRF903；CC1000
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????1.前言
???? 目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域涉及小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡等。
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???? 由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本、数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。
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???? 在本文中笔者就所了解的RF短距数据通信芯片nRF401、nRF903和CC1000作一个对比描述，给出了它们的结构原理、特性及应用电路。
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????2. nRF401无线收发芯片
???? nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片，工作在433MHz ISM（Industrial, Scientific and Medical）频段。它采用FSK调制解调技术，抗干扰能力强，并采用PLL频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大为－105dBm，数据传输速率可达20Kbps，工作电压在+3～5V之间。nRF401无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接接单片机串口。
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???? nRF401芯片内包含有发射功率放大器（PA）、低噪声接收放大器（LNA）、晶体振荡器（OSC）、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、混频器（MIXFR）、解调器（DEM）等电路。在接收模式中，nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（DOUT端）。在发射模式中，数字信号经DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技木，频率稳定性极好；采用FSK调制和解调，抗干扰能力强。
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???? nRF401的ANT1和ANT2引脚是接收时低噪声接收放大器LNA的输入，以及发送时发射功率放大器PA的输出。连接nRF401的天线可以以差分方式连接到nRF401，一个50Ω的单端天线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到nRF401。
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???? 图1所示为使用单端天线的nRF401的电路图，50Ω的单端天线通过差分转换匹配网络连接到nRF401的ANT1和ANT2引脚。
???? 图2所示为使用环形天线的nRF401的电路图，整个环形天线可以做在PCB上，对比传统的鞭状天线或单端天线，不仅节省空间和生产成本，机构上也更稳固可靠。
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????3. nRF903无线收发芯片
???? nRF903是Nordic公司为433/868/915MHz ISM频段设计的单片UHF多段无线收发芯片，它采用优化的GFSK调制解调技术，抗干扰能力强，采用DDS＋PLL频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达－104dBm，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm，可在155.6kHz的有效带宽下传输最高76.8Kbps的数据。
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???? nRF903的工作电压范围可以从2.7～3.3V，接收待机状电流消耗为600μA，低功耗模式电流消耗仅为1μA，可满足低功耗设备的要求。nRF903具有多个频道（最多170个以上），特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。
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???? nRF903的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个14位的配置寄存器用串行线（CS、CFG_CLK和CFG_DATA）进行设置。图3所示为使用环形天线的nRF903的应用电路图。
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???? nRF903内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几个部分。发射电路含有：射频功率放大器、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器产生电路所需的基准频率。振荡电路采用锁相环（PLL）方式，由在DDS基础上的频率合成器、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC谐振回路组成。要发射的数据通过DATA端输入。
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???? 接收电路包含有：低噪声放大器、混频器、中频放大器、GFSK解调器、滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号；混频器采用2级混频结构，第一级中频10.7136MHz，第二级中频345.6kHz。中频放大器用来放大从混频器来的输出信号；中频放大器的输出信号经中频滤波器滤波后送入GFSK解调器解调，解调后的数字信号在DATA端出。
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????4. CC1000无线收发芯片
???? CC1000是Chipcon公司推出的单片可编程RF收发芯片，它基于Chipcon's Smart RF技术，可工作在ISM频段（300～1000MHz）。CC1000集成了射频发射、射频接收、PLL合成、FSK调制解调、可编程控制等多种功能。
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???? CC1000采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为300～1000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出10或20个频点，该芯片灵敏度为－109dBm，并可自动校准，可编程输出功率为－20dBm～+10dBm，通信速率可达78.6Kbps。
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???? CC1000的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。CC1000芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制器接口。所以CC1000与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的RF收发系统。
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???? 图4所示是CC1000的一个典型的应用电路，调节元器件C1-C13 、L1-L3、R1的参数值可使CC1000工作在不同工作频率（300～1000MHz）。
???? 微控制器可以通过CC1000的串行接口（PDATA、PAlE和PCLK）对CC1000进行设置，通过CC1000的DIO完成数据的接收和发送。
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????5. 三款无线收发芯片性能比较
???? 上述三款无线收发芯片nRF401、nRF903和CC1000在无线短距离数传中得到的大量的应用，这三款无线收发芯片的性能对比如表1所示。
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????参考文献
????1 433MHz Single Chip RF Transceiver nRF401.Rev1.6. Nordic VLSI ASA, 2002
????2 430MHz-950MHz Single Chip RF Transceiver nRF903. Rev3.1. Nordic VLSI ASA, 2002
????3 CC1000 Single Chip Very Low Power RF Transceiver. Rev1.0. Chipcon, 2001
????4 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.3. Nordic VLSI ASA, 2002
????5 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 2003
????6 Small loop antennas. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 2000
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????公司专业经营射频无线收发芯片
???? 摘 要：本文比较了nRF401、nRF903和CC1000三款无线收发芯片的特性，详细介绍了它们的结构原理、特性及应用电路。
???? 关键词：无线收发芯片；nRF401；nRF903；CC1000
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????1.前言
???? 目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域涉及小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡等。
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???? 由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本、数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。
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???? 在本文中笔者就所了解的RF短距数据通信芯片nRF401、nRF903和CC1000作一个对比描述，给出了它们的结构原理、特性及应用电路。
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????2. nRF401无线收发芯片
???? nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片，工作在433MHz ISM（Industrial, Scientific and Medical）频段。它采用FSK调制解调技术，抗干扰能力强，并采用PLL频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大为－105dBm，数据传输速率可达20Kbps，工作电压在+3～5V之间。nRF401无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接接单片机串口。
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???? nRF401芯片内包含有发射功率放大器（PA）、低噪声接收放大器（LNA）、晶体振荡器（OSC）、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、混频器（MIXFR）、解调器（DEM）等电路。在接收模式中，nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（DOUT端）。在发射模式中，数字信号经DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和PLL合成技木，频率稳定性极好；采用FSK调制和解调，抗干扰能力强。
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???? nRF401的ANT1和ANT2引脚是接收时低噪声接收放大器LNA的输入，以及发送时发射功率放大器PA的输出。连接nRF401的天线可以以差分方式连接到nRF401，一个50Ω的单端天线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到nRF401。
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???? 图1所示为使用单端天线的nRF401的电路图，50Ω的单端天线通过差分转换匹配网络连接到nRF401的ANT1和ANT2引脚。
???? 图2所示为使用环形天线的nRF401的电路图，整个环形天线可以做在PCB上，对比传统的鞭状天线或单端天线，不仅节省空间和生产成本，机构上也更稳固可靠。
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????3. nRF903无线收发芯片
???? nRF903是Nordic公司为433/868/915MHz ISM频段设计的单片UHF多段无线收发芯片，它采用优化的GFSK调制解调技术，抗干扰能力强，采用DDS＋PLL频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达－104dBm，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm，可在155.6kHz的有效带宽下传输最高76.8Kbps的数据。
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???? nRF903的工作电压范围可以从2.7～3.3V，接收待机状电流消耗为600μA，低功耗模式电流消耗仅为1μA，可满足低功耗设备的要求。nRF903具有多个频道（最多170个以上），特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。
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???? nRF903的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个14位的配置寄存器用串行线（CS、CFG_CLK和CFG_DATA）进行设置。图3所示为使用环形天线的nRF903的应用电路图。
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???? nRF903内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几个部分。发射电路含有：射频功率放大器、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器产生电路所需的基准频率。振荡电路采用锁相环（PLL）方式，由在DDS基础上的频率合成器、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC谐振回路组成。要发射的数据通过DATA端输入。
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???? 接收电路包含有：低噪声放大器、混频器、中频放大器、GFSK解调器、滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号；混频器采用2级混频结构，第一级中频10.7136MHz，第二级中频345.6kHz。中频放大器用来放大从混频器来的输出信号；中频放大器的输出信号经中频滤波器滤波后送入GFSK解调器解调，解调后的数字信号在DATA端出。
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????4. CC1000无线收发芯片
???? CC1000是Chipcon公司推出的单片可编程RF收发芯片，它基于Chipcon's Smart RF技术，可工作在ISM频段（300～1000MHz）。CC1000集成了射频发射、射频接收、PLL合成、FSK调制解调、可编程控制等多种功能。
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???? CC1000采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为300～1000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出10或20个频点，该芯片灵敏度为－109dBm，并可自动校准，可编程输出功率为－20dBm～+10dBm，通信速率可达78.6Kbps。
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???? CC1000的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。CC1000芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制器接口。所以CC1000与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的RF收发系统。
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???? 图4所示是CC1000的一个典型的应用电路，调节元器件C1-C13 、L1-L3、R1的参数值可使CC1000工作在不同工作频率（300～1000MHz）。
???? 微控制器可以通过CC1000的串行接口（PDATA、PAlE和PCLK）对CC1000进行设置，通过CC1000的DIO完成数据的接收和发送。
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????5. 三款无线收发芯片性能比较
???? 上述三款无线收发芯片nRF401、nRF903和CC1000在无线短距离数传中得到的大量的应用，这三款无线收发芯片的性能对比如表1所示。
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????参考文献
????1 433MHz Single Chip RF Transceiver nRF401.Rev1.6. Nordic VLSI ASA, 2002
????2 430MHz-950MHz Single Chip RF Transceiver nRF903. Rev3.1. Nordic VLSI ASA, 2002
????3 CC1000 Single Chip Very Low Power RF Transceiver. Rev1.0. Chipcon, 2001
????4 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.3. Nordic VLSI ASA, 2002
????5 nRF401 RF and antenna layout. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 2003
????6 Small loop antennas. Rev1.2. Nordic VLSI ASA, 2000
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????公司专业经营射频无线收发芯片
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