面向无线产品设计的收发机nRF401

随着单片式无线通信芯片技术的发展，无线通信被越来越多新应用和新产品采用。作为新的无线标准，蓝牙(BluetoothTM)让更多用户认识了无线通信。在无需许可的频段，称作ISM频段内的通信集成电路的需求快速增加，挪威Nordic VLSI ASA公司针对这一新兴市场提供一系列收发机和发射机，满足不同无线应用的需要。

无线设备的快速增长
对便携式设备或电池供电设备的需求是推动无线方案日新月异的因素之一。消费者已经习惯了带红外等无线方式控制的家用电器，尽管这些无线方案存在范围和方向上的局限；另外在汽车的遥控门锁(Remote Keyless Entry， RKE)钥匙中也使用了ISM频段的单向无线技术。使用大多数遥控系统时遇到的不便之处是无法返回给控制者反馈信息。在安全系统、汽车告警或选项和菜单繁多的高保真音响中，如果配备廉价的无线技术并在遥控器中增加一块小型显示，设备就能向用户显示其状态或状态的改变。正如许多技术供应商所发现的，只要扩大无线通信范围并且建立双向无线通信-双工通信，就会出现许多新应用。本文将讨论一个使用Nordic VLSI的nRF401TM收发机的实例-双向RKE系统。其应用包括自动读表(Automatic Meter Reading，AMR)、无线数据通信、警报和安全系统、无线键盘、无线操纵杆、家庭自动化、无线计算机外设、汽车、遥测和玩具等。

双向无线RF应用中的nRF401
接收机应满足便携式电池供电设备的一些基本要求，才能适用于无线RF应用。这些基本要求为:

方案成本低
体积小
低功耗，符合电池供电要求
集成度高，无需微调外部元件
外围元件极少，加工更容易
数据传输率高，传输时间更短
接口简单，可以与廉价的单片机(uC)接口

nRF401(图1)是真正的单芯片RF收发机，专为在433MHz ISM频段工作而设计。nRF401与同样与Nordic VLSI ASA提供的nRF402发射机兼容，它所需的外围元件仅为一枚4MHz基准的晶体(可与MCU共享)、一个PLL环路滤波器和一个VCO电感。

nRF401采用小型20引脚SSOP封装，3V直流电源供电。接收电流低，仅为11mA，而且在轮流检测(Polling)模式时可以通过周期性暂停的方法使其更低，以延长电池寿命。它还提供进一步降低电流消耗的待机模式。为了使通信范围更广，nRF401内建的功率放大器提供的输出功率可达10mW。它采用非常紧凑的电路板布局，仅占用很小的PCB面积，而且Nordic VLSI提供所有布局图。nRFTM收发机的各项功能在制造过程中均经过测试，能用标准的电子产品表面贴装生产线，在短测试时间完成终产品的装配。

nRF401接收机使用频移键控(FSK)调制方式，改善了噪声环境下的系统性能。与幅移键控(ASK)和开关键控(On-Off Keying)方式相比，这种方式的通信范围更广，特别是在附近有类似设备工作的场合。nRF401另一个非常重要的特性是接收机的频带外阻抗很高(out-of-band blocking)，这意味着它不需要外部声表面波(SAW)滤波器。此外nRF401的解调器是DC平衡的，因此可以使用任何一种协议，也可以使用各种'0'、'1'序列，因而无需浪费单片机宝贵的处理资源来进行曼彻斯特编码。nRF401的串口可以与任何单片机接口，也不需要进行设置，是一种能方便地与各种8位单片机配合使用的方案。完整的无线系统的组成部件如图2所示。

从图中可以看出，单片机是系统的“主管”，负责运行协议、控制nRF电路并运行系统的应用软件和硬件，从而节约成本和空间。

汽车双向RKE(遥控门锁)
nRF401收发机提供方便易用的双向通信，许多新应用随之出现。传统汽车报警钥匙就是其中的应用之一，它在增加了显示器后，完整的汽车状态信息都可以从显示器上看到，如图3所示。

车用双向RKE系统中的无线收发机具备两种功能：

1.增加RKE装置和汽车间通信的可靠性，完成正常的上锁/开锁操作。
2.作为“警报接收装置”，在汽车被闯入时警告车主。

在此系统中，三个主要单元分别具有以下功能：
单片机 (8-bit)nRF401和显示

nRF401 33MHz无线收发机。以每秒20Kbit的速度从汽车上的装置接收或向其传输数据，每条信息的时间开销。这能使功耗更低，而且完成通信的概率更高。

显示主显示告警状态，并显示相关的告警符号，比如汽车被闯入，或超出发射范围等。

大多数ISM应用都可以得益于nRF401这样的双向收发机带来的可靠性和安全性。