ｎＲＦ?。矗埃毙酒跓o線傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用淺析

譚榮明　盧連福

摘要：隨著人類社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人類對通信的依賴程度越來越高，無線通信以其不需鋪設(shè)明線，使用便捷等特點(diǎn)，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域占據(jù)重要地位。目前國內(nèi)微機(jī)網(wǎng)絡(luò)多為有線通信方式，有線通信的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠性較高，但需要鋪設(shè)較多明線，而有些領(lǐng)域由于條件所限，難以鋪設(shè)線路，這時(shí)就需要無線通信來解決問題。為此，本文介紹了單片無線收發(fā)一體芯片nRF401在無線傳輸中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：頻移鍵控FSK RKE 曼徹斯特編碼

0 引言

無線通信技術(shù)滿足了用戶對在不同移動(dòng)狀態(tài)下獲取網(wǎng)絡(luò)信息的強(qiáng)烈需求，也符合當(dāng)今社會(huì)人員流動(dòng)性大、工作生活節(jié)奏緊張的發(fā)展趨勢；另一方面，無線通信技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)部署迅速便捷的特點(diǎn)，對于缺乏線纜資源的新興運(yùn)營商來說，無線通信技術(shù)是成功部署通信網(wǎng)絡(luò)，迅速為用戶提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)的最佳手段。選擇無線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)考慮需要以下幾點(diǎn)因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、芯片成本、數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼等。作為新的無線標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙(BluetoothTM)讓更多用戶認(rèn)識了無線通信。在無需許可的頻段，稱作ISM頻段內(nèi)的通信集成電路的需求快速增加，挪威Nordic VLSI ASA公司針對這一新興市場提供一系列收發(fā)機(jī)和發(fā)射機(jī)，滿足不同無線應(yīng)用的需要。

1 nRF 401的特點(diǎn)

nRF401是Nordic公司研制的單片UHF無線收發(fā)芯片，工作在433MHz ISM（Industrial, Scientific and Medical）頻段。在接收模式中，nRF401被配置成傳統(tǒng)的外差式接收機(jī)，所接收的射頻調(diào)制的數(shù)字信號被低噪聲效大器放大，經(jīng)混頻器變換成中頻，放大、濾波后進(jìn)入解調(diào)器，解調(diào)后變換成數(shù)字信號輸出（DOUT端）。在發(fā)射模式中，數(shù)字信號經(jīng)DIN端輸入，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器處理后進(jìn)入到發(fā)射功率放大器射頻輸出。由于采用了晶體振蕩和PLL合成技木，頻率穩(wěn)定性極好；采用FSK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)。nRF401無線收發(fā)芯片所需外圍元件較少，并可直接接單片機(jī)串口。nRF 401芯片主要有以下特點(diǎn)：①FSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合。②采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好。③靈敏度高，達(dá)到-105dBm（nRF401）。④功耗小，接收狀態(tài)250uA，待機(jī)狀態(tài)僅為8uA（nRF401）。⑤最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm。⑥具有多個(gè)頻道，可方便地切換工作頻率⑦由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用無需申請?jiān)S可證，開闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000米。

2 nRF 401內(nèi)部結(jié)構(gòu)

nRF 401的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，nRF401芯片內(nèi)包含有發(fā)射功率放大器（PA）、低噪聲接收放大器（LNA）、晶體振蕩器（OSC）、鎖相環(huán)（PLL）、壓控振蕩器（VCO）、混頻器（MIXFR）、解調(diào)器（DEM）等電路。

3 芯片典型應(yīng)用

nRF401無線收發(fā)芯片性能領(lǐng)先業(yè)界，其顯著特點(diǎn)是外圍元件較少(約10個(gè))，在設(shè)計(jì)上充分考慮了用戶編程和使用的方便，例如nRF401可以直接接單片機(jī)串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)，而無需對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，其他的單片RF收發(fā)芯片一般都需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼后才能發(fā)送，采用曼徹斯特編碼不僅增加了編程的復(fù)雜性，而且傳輸效率低，實(shí)際速率僅為標(biāo)稱的一半，不能滿足實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枰?。而nRF401系列獨(dú)特的技術(shù)可以直接傳送單片機(jī)串口數(shù)據(jù)，目前還沒有其他廠商能做到這一點(diǎn)。nRF401是目前外接元件最少的單片RF收發(fā)芯片之一，采用易于獲得的4MHz晶振，通過頻率合成器合成433MHz的工作頻率，大大降低了成本，增加了使用的靈活性，而其他產(chǎn)品大多需要外接昂貴的變?nèi)荻O管或表面波振子(見圖一)。

以上是nRF401的典型應(yīng)用原理圖，可直接用于232串口異步傳輸。圖中可以看到，外圍元件很少，包括一個(gè)基準(zhǔn)晶體及幾個(gè)無源器件，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。圖中L1電感需要用高Q高精度的貼片繞線高頻電感（Q>45），晶體X1需要用高穩(wěn)定晶體，電容元件應(yīng)選用高穩(wěn)定貼片元件如NPO高穩(wěn)定電容，以確保性能。

4 nRF401在無線雙向防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖3是nRF401在無線雙向防盜系統(tǒng)中的典型應(yīng)用原理圖，主要包括一個(gè)nRF401芯片和編解碼器(單片機(jī))，采用單片機(jī)可以使功能更為強(qiáng)大。從圖中可以看到，外圍元件少，僅有一個(gè)基準(zhǔn)晶體及幾個(gè)無源器件，沒有調(diào)試部件，天線用微帶天線直接設(shè)計(jì)在線路板上，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。圖中電感L1需要用高Ｑ值高精度的貼片繞線高頻電感(Ｑ＞45)，晶體X1需要用高穩(wěn)定晶體，電容選用高穩(wěn)定貼片元件，如NP0高穩(wěn)定電容，以確保性能。