高性能RF收發器CC900

CC900是美國Chipcon Component公司生產的單片高性能UHF收發器，適用于低功率、低電壓的無線通訊，是一種高集成、高靈敏、高性能的RF收發芯片。該芯征主要應用于工科醫用頻段ISM和短距離儀器SRD應用方面，工作頻率范圍在800～1000MHz，載波頻率和發射輸出功率均可通過編程確定，其范圍為-20～4dBm。CC900的主要性能參數如下：

●工作頻率可編程設置，范圍為800～1000MHz；

●編程設置的工作頻率步長為250Hz；

●輸出功率可編程設備，范圍為-20～4dBm；

●接收靈敏度為-110dBm；

●采用2.7～3.3V單電源電壓供電；

●帶有FSK調制功能，速率為0.3～9.6kbit/s；

●發射電流為91mA/4dBm；

●待機電流為0.2μA/3V；

●平均工作電流230μA/3V；

●采用單口天線，內含T/R轉換開關；

●采用SSOP-28封裝。

2.1 工作原理

CC900的內部原理框圖如圖1所示。在接收模式，RF輸入信號被低噪聲放大器（LNA）放大，并被混頻器（MIXER）轉換為中頻（IF）信號。在中頻段（IF STAGE），該IF信號被放大和濾波，最后送解調器（DEMOD）。設計時可在外部增加一個IF濾波器。信號經CC900解調后，未經處理的數據通過DID腳輸出。而外部微控制器則通過接口來控制已解調輸出數據的同步和數值。

在發射模式，壓控振蕩器（VCO）的輸出信號直接加到功率放大器（PH）。RF輸出采用頻移鍵控（FSK）調制方式，從管腳DIO輸入的數字位流可用來控制RF信號的頻率。而器件內部的T/R轉換開關則可使天線的接口和匹配變得非常容易。

頻率合成器用于產生本地振蕩信號，該信號在接收模式時加到混頻器（MIXER），在發射模式時加到功放（PA）。頻率合成器由晶體振蕩器、相位檢測器、充電電路（CHARGE PUMP）、壓控振蕩器（VCO）和頻率除法器（/R和/N）組成。需要說明的是：外部晶振必須連接到XOSC管腳。而VCO則需要外接一個帶變容二極管的LC電路。外接的環路濾波器可以提高CC900的使用靈活性。另外，CC900內部速帶有一個3線的數字串行接口（CONTROL）。

2.2 引腳排列及功能

圖2所示是CC900的引腳排列示意圖。其引腳功能說明如表1所示。

表1 引腳功能

CC900通過一個簡單的3線接口實現編程（STROBE、PDATA和CLOCK）。每次完成全部設置需要發送8個16位的數據幀。在時鐘為2MHz時，全部設備需要的時間小于100μs。

在功率降低模式時， 設置CC900只需發送1個數據幀，因此花費的時間小于10μs。

圖3所示是CC900在傳送串行數據時的時序圖，在每個寫周期，16位數據發送到PDATA腳，每個數據幀的三個最高有效位（位15、位14、位13）是地址位，位15是地址的最高有效位，被首先發送。

圖4為CC900的編程時序圖，圖中：Tsp≥5ns；THP≥5ns；TCLOW≥50ns；TCHIGH≥50ns；TSPD≥50ns；Tsc≥5ns，CLOCK、STROBE脈沖的上升與下降沿必須小于100ns。

CC900上PDATA腳的數據加載在時鐘CLOCK的下降沿。當16位數據的最后1位（位0）加載時，STROBE脈沖必須從低電平變為高電平，然后再變為低電平才能加載該數據。在已編程為功率降低模式葉，數據設置有效，但在電流關斷時無效。

通常在CC900與微控制器一起使用時，除通過3線串行接口與微控制器相連以完成芯片設置以外，微控制器還需提供1個雙向輸入/輸出腳來與CC900的DIO腳相連，以完成發射數據的輸出和接收數據的輸入。通常微控制器輸入LOCK信號，用于監測CC900的工作狀態，當PLL鎖定時，LOCK為高電平。

4.1 數據發射

發射數據應采用曼徹斯特碼（即雙向電平碼bi-phase-level），以保護編碼信號有一個恒定的直流分量，該直流分量是FSK解調所必需的。曼徹斯特編碼變換方式為：“0”編碼為從低到高的變換，“1”編碼為從高到低的變換，如圖5所示。其它具有相同直流分量的編碼也可以在此使用。

4.2 數據接收

解調器輸出（DIO）是一個在0V和VDD間變化的數字信號。對于較小的輸入信號，可能會有一些噪聲疊加其上。用數字信號的邊沿進行數據定位時，數據速率可高達9.6kbit/s。對于曼徹斯特碼，信號的基本頻率也是9.6kHz。推薦使用比解調器輸出頻率高10到20倍的過采樣頻率。對于9.6kbit/s的數據速率，采樣頻率至少應為100～200kHz。對于較低的數據速率，采樣頻率也可降低。

通常，數據接收由微控制器進行采樣，并存儲在累加器中，累加器的長度取決于采樣速率，一般為10到20位，輸入數據值的判別（該信號是“0”還是“1”）基于0和1數目的比較。

CC900使用時只需要少量的外部元件，圖6所示為其在水表無線抄表系統中的實際應用電路，圖中L51和C51用于接收器的輸入阻抗匹配，L61用于發射器的直流隔離。PLL環路濾波器由C121～C123、R121～R123組成；VCO儲能元件由C91～C93、L91和變容二極管（VAR）組成；C10～C12、C210和C211為電源去耦電容，這些電容應盡可能地*近CC900的電源管腳。在筆者開發的水表無線抄表系統中，單片機選用的是AT89C2051，它是單睛機8031的簡化型，具有兩個并行I/O口（P1和P3）。

利用Chipcom公司為用戶提供的應用軟件SmartRF可根據應用時的工作頻率計算出圖6電路上的元件值；此外，SmartRF還可根據用戶使用CC900時的不同工作參數選擇生成CC900的全部8個16進制設置數據，并可初始化時由單片機把設置數據傳送到CC900，以使其按用戶要求正常工作。

CC900的天線可以采用單極天線、螺旋天線和環形天線，最常用的是單極天線，其長度對應于電磁波長的四分之一（λ/4），簡單的天線可用一段導線來實現，也可集成到PCB板上；如考慮尺寸和成本，比λ/4短的非諧振單極天線也可以使用，這種天線便宜，也可以集成到PCB板上。天線應盡可能緊密地連接到CC900芯片，如果天線遠離輸入腳，則應使其與發射饋線相匹配。