用三段单片RF无线收发芯片nRF903设计无线数传平台

     摘要：三段单片无线收发芯片NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903是集成了高频发射、高频接收、PLL合成、GMSK调制、GMSK解调和多频道切换功能的新型无线收发器件，它性能优异，所需外围元件少，功耗低，使用方便。其的特点是多频段（433/868/915MHz）、多频点（电台多达170个），并可直接与单片机串口相连接，可广泛应用于无线数传产品的设计。

    关键词：RF收发器 NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903 GMSK PLL 无线数传

1 芯片特点

       NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903是北欧集成电路公司推出的单片无线收发一体的芯片，该芯片采用蓝牙技术设计，在一个32脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、三段PLL合成、FSK/GMSK调制，FSK/GMSK解调等多种功能。NRF903的出现使人们摆脱了无线产品设计的困难，是目前业界外围元件少、使用方便的无线数传解决方案，NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903覆盖了国际上通用的ISM频段，因此利用NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903可构建用于便携及手持产品的无线数传通信平台，并可广泛用于摇控、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、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线数字语音、数字图像传输等方面。

2 内部结构

图1是NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903无线收发芯片的内部原理结构框图及其外围电路。从芯片的内部框图可以看出，NRF903内部由低噪声放大器LNA、功率放大器PA、压控振荡器VCO、GMSK调制解调、频率基准源、PLL频率合成、数字静噪电路以及单片机接口等组成。

3. 芯片特点

NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903无线收发芯片具有多频道、高速高等特点，它的另一个显著特点是外围元件极少（约10个）。该芯片在设计上充分考虑了用户编程和使用的方便，它可以直接接单片机串口并可进行发送和接收数据，而无需对数据进行曼彻斯特编码，其它的单片RF收发芯片一般都需要对数据进行曼彻斯特编码后才能发送，采用曼彻斯特编码不仅增加了编程的复杂性，而且传输效率低，其它际速率仅为标称值的一半，因此不能满足实时传输的需要。而NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903系列独特的技术可以直接传送单片机的串口数据，目前还没有其它厂商能做到这一点。NRF903是目前外接元件少的单片RF收发芯片之一。NRF903采用易于获得的11.0592MHz晶振和10.7MHz滤波器，它内部集成了变容二极管，并通过频率合成器合成工作频率，因而大大降低了成本并增加了使用的灵活性；其他厂商一般需要外接变容二极管和价格昂贵的声表面滤波器以及特殊定做的晶体，因此生产调试不便且成本增加。表1是部分单片RF收发芯片性能比较表。
表1 几种主要的单片RF收发芯片的性能比较

Brand	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903 Nordic	RF2915 RFMD	TRF6900 TI	CC900 ChipCom	性能比较
频率（MHz）	433/868/915	433/868/915	868/919	868/915	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903三段覆盖，应用更灵活
工作电压	2.7-3.3V	2.4-5.0V	2.2-3.6V	2.7-3.6V	低功耗
数据可否直接接单片机串口使用	可以直接接单 片机串口使用，数据无需曼彻斯特编码，直接采用异步或同步方式	不能直接接单片机串口使用，数据需要进行曼彻斯特编码，效率低（实际速率为标称的一半）	不能直接接单片机串口使用，数据需要进行曼彻斯特编码，效率低（实际速率为标称的一半）	不能直接接单片机串口使用，数据需要进行曼彻斯特编码，效率低（实际速率为标称的一半）	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903编程方便，通信效率更高。采用曼彻斯特编码无法实时传输数据
工作温度	-40℃～+85℃	-40℃～+85℃	-20℃～+60℃	-30℃～+85℃	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903范围更宽
发射电流	31mA	27mA/0dBm	50mA	91mA	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903功耗较小
接收电流	23mA	6.8mA+外部电路	34mA	23mA	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903功耗较小
输出功率	+10dBm	0dBm	+4.5dBm	+4dBm	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903发射功率较大
速率	76.8kbps	9.6kbps		9.6kbps	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903速率较高
调制方式	GMSK	FSK	FSK	FSK	GMSK方式的抗干扰能力较强
天线数目	1	1	2	1	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903节省天线
封装	TQFP32	LQFP32	PQFP48	SSOP28	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903占用面积小，成本低
多频道能力	有（多170个）	无	有，可编程	有，可编程	多频道更为灵活
是否需要外接变容管	无需外接，已在内部集成	需要外接昂贵的变容二极管	需要外接昂贵的变容二极管	需要外接昂贵的变容二极管	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903更节约成配，性能更稳定
外接元件数目	10	50	50	>20	NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903的外接元件少，成本低，便于生产调试

4 无线数传平台设计

图2是一个基于NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903的无线数传通用平台的典型应用电路图，它主要包括NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903和单片机组。NRF903用于完成数据基带信号到RF信号的变换，单片机则用来完成对nRf903的初始化，以及数据的采集和传输的控制，图3为其软件编程流程图。

频率的设置通过单片机来设置，单片机将频率数据转换成对应的分频比，并通过I/O口将频率数据及功率设置等数据串行送入到NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903的内部控制寄存器，以设定工作频率和其他配置。

数据的发送通过TXEN和Data脚来进行，由于NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903是半双工工作模式，所以，接收和发射需要通过TXEN进行转换，也可以直接用I/O管脚来发送和接收数据。而用单片机的串行口来发送接收数据也完全可以，需要注意的是由于NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903只有根数据输入输出线，因而需要一个切换电路，但这可以很方便地用一个电子开关来完成这种转换（如4066）。

该电路外围元件很少，仅有一个基准晶体及几个无源器件，没有调试部件，天线可用微带天线直接设计在线路板上，这给研制及生产带来了极大的方便。图3中的L1电感需要用高Q高的贴片绕线高频电感（Q>45），晶体X1需要用高稳定晶体，电容元件也应选用高稳定的贴片元件（如NPO高稳定电容）。

5 结束语

NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903是目前外接元件需求少的单片RF收发芯片之一。由NRF903.htm" target="_blank" title="nRF903货源和PDF资料">nRF903构成的无线数传平台可以在无线抄表、电力系统自动控制、安全防火控制等领域得到广泛的应用。