基于ZigBee技术的射频芯片CC2430

摘  要：CC2430芯片是Chipcon公司生产的首款符合zigBee技术的2．4 GHz射频系统单芯片。适用于各种zigBee或类似zigBee的无线网络节点，包括调谐器、路由器和终端设备。文中介绍CC2430芯片的主要特点和引脚功能，以及典型应用电路。

关键词：CC2430芯片  射频芯片  zigBee

　

引  言

    ZigBee采用IEEE802．15．4标准，利用全球共用的公共频率2．4 GHz，应用于监视、控制网络时，其具有非常显著的低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远等优势，目前被视为替代有线监视和控制网络领域最有前景的技术之一。

    CC2430芯片以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持，得到嵌入式机构很高的认可。它结合Chipcon公司全球先进的zigBee协议栈、工具包和参考设计，展示了领先的ZigBee解决方案。其产品广泛应用于汽车、工控系统和无线感应网络等领域，同时也适用于zigBee之外2．4 GHz频率的其他设备。

　

1 CC2430芯片的主要特点

    CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051)，具有128KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES一128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog-timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power-0n-Reset)、掉电检测电路(Brown—out—detection)，以及21个可编程I／O引脚。

   
     CC2430芯片采用O．18μm CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命

非常长的应用。

    CC2430芯片的主要特点如下：

◆高性能和低功耗的8051微控制器核。

◆集成符合IEEE802．15．4标准的2．4 GHz的RF无线电收发机。

◆优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。

◆在休眠模式时仅0．9μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0．6 μA的流耗，外部的中断能唤醒系统。

◆硬件支持CSMA／CA功能。

◆较宽的电压范围(2．O～3．6 V)。

◆数字化的RSSI／LQI支持和强大的DMA功能。

◆具有电池监测和温度感测功能。

◆集成了14位模数转换的ADC。

◆集成AES安全协处理器。

◆带有2个强大的支持几组协议的USART，以及l个符合IEEE 802．15．4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。

◆强大和灵活的开发工具。

　

2  CC2430芯片的引脚功能

    CC2430芯片采用7 mm×7mm QLP封装，共有48个引脚。全部引脚可分为I／O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。

2.1  I／O端口线引脚功能

CC2430有21个可编程的I／O口引脚，P0、Pl口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I／O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I／O口使用。

    I／O口有下面的关键特性：

◆可设置为通常的I／O口，也可设置为外围I／0口使用。

◆在输入时有上拉和下拉能力。

◆全部21个数字I／O口引脚都具有响应外部的中断能力。如果需要外部设备，可对I／O口引脚产生中断，同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。

1～6脚(P1_2～P1_7)：具有4 mA输出驱动能力。

8，9脚(P1_0，P1_1)；具有20 mA的驱动能力。

11～18脚(PO_0～PO_7)：具有4 mA输出驱动能力。

43，44，45，46，48脚(P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0)；具有4 mA输出驱动能力。

2.2 电源线引脚功能

7脚(DVDD)：为I／O提供2．O～3．6 V工作电压。

20脚(AVDD_SOC)：为模拟电路连接2．0～3．6 V的电压。

    23脚(AVDD_RREG)：为模拟电路连接2．0～3．6 V的电压。

    24脚(RREG_OUT)：为25，27～31，35～40引脚端口提供1．8 V的稳定电压。

    25脚(AVDD_IFl)：为接收器波段滤波器、模拟测试模块和VGA的第一部分电路提供1．8 V电压。

    27脚(AVDD_CHP)：为环状滤波器的第一部分电路和充电泵提供1．8 V电压。端口。

    44脚(P2_4／XOSC_Q1):32．768 kHz XOSC的2．4端口。

    28脚(VCO_GUARD)：VCO屏蔽电路的报警连接端口。

    29脚(AVDD_VCO)：为VCO和PLL环滤波器最后部分电路提供1．8 V电压。

    30脚(AVDD_PRE)：为预定标器、Div-2和LO缓冲器提供1．8 V的电压。

    31脚(AVDD_RFl)：为LNA、前置偏置电路和PA提供1．8 V的电压。

33脚(TXRX_SWlTCH)：为PA提供调整电压。

35脚(AVDD_SW)：为LNA／PA交换电路提供1．8V电压。

    36脚(AVDD_RF2)：为接收和发射混频器提供1．8 V电压。

    37脚(AVDD_IF2)：为低通滤波器和VGA的最后部分电路提供1．8 V电压。

    38脚(AVDD_ADC)：为ADC和DAC的模拟电路部分提供1．8 V电压。

    39脚(DVDD_ADC)：为ADC的数字电路部分提供1．8 V电压。

    40脚(AVDD_DGUARD)：为隔离数字噪声电路连接电压。

    41脚(AVDD_DREG)：向电压调节器核心提供2．O～3．6V电压。

    42脚(DCOUPL)：提供1．8 V的去耦电压，此电压不为外申路所使用。

47脚(DVDD)：为I／O端口提供2．O～3．6 V的电压。

2.3 控制线引脚功能

10脚(RESET_N)：复位引脚，低电平有效。

19脚(XOSC_Q2)：32 MHz的晶振引脚2。

21脚(XOSC_Q1)：32 MHz的晶振引脚1，或外部时钟输入引脚。

22脚(RBIASl)：为参考电流提供精确的偏置电阻。

26脚(RBIAS2)：提供精确电阻，43 knΩ±1％。

32脚(RF_P)：在RX期间向LNA输入正向射频信号；在TX期间接收来自PA的输入正向射频信号。

    34脚(RF_N)：在RX期间向LNA输入负向射频信号；在TX期间接收来自PA的输入负向射频信号。

43脚(P2_4／XOSC_Q2)：32．768 kHz XOSC的2．3

　

3  电路典型应用

3.1  硬件应用电路

CC2430芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能。图1为CC2430芯片的一种典型硬件应用电路。

电路使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C341和电感L341、L321、L331以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入／输出匹配电阻(50 Ω)的要求。内部T／R交换电路完成LNA和PA之问的交换。R221和R261为偏置电阻，电阻R221主要用来为32 MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32 MHz的石英谐振器(XTAL1)和2个电容(C191和C211)构成一个32 MHz的晶振电路。用i个32．768 kHz的石英谐振器(XTAL2)和2个电容(CA41和CA31)构成一个32．768 kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1．8 V电压的引脚和内部电源供电，C241和C421电容是去耦合电容，用来电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。

3.2软件编程

由于篇幅限制，下面仅给出在32 MHz系统时钟下，用DMA向闪存内部写入程序的流程图和部分源代码。DMA向Flash写程序流程如图2所示。

MOV       DPTR，#DMACFG                    ；为DMA通道结构设定一个带有地址的数据指针，开始写入DMA结构 

MOV       A，#SRC_HI                        ；源数据的高位地址

MOVX    @DPTR，A

INC         DPTR

MOV       A．#SRC_LO                             ；源数据的低位地址

MOVX    @DPTR，A

INC         DPTR

MOV       A，#0DFh                             ；高位地址的定义

MOVX    @DPTR．A

INC         DPTR

MOV       A．#0AFh                                     ；低位地址的定义

MOVX    @DPTR，A

INC         DPTR

MOV       A，#BLK_LEN                      ；数据的长度

MOVX    @DPTR，A

INC        DPTR

MOV      A，#012h                                 ；8位，单模式，Flash触发器使用

M0VX    @DPTR，A

INC        DPTR

MOV      A，#042h                       ；屏蔽中断，DMA高通道优先

MOVX    @DPTR，A

MOV      DMAOCFGL，#DMACFG_LO    ；为当前的DMA结构设置开始地址

MOV      DMAOCFGH，#DMACFG_HI

MOV      DMAARM，#01h                              ；设置DMA的0通道

MOV      FADDRH．#00h                                ；设置闪存高位地址

MOV      FADDRL，#01h                                 ；设置闪存低位地址

MOV      FWT，#2Ah                      ；设置闪存计时

MOV      FCTL，#02h                      ；开始向闪存写程序

　

结  语

    目前，国内外嵌入式射频芯片中，CC2430芯片是性能最好、功能更强的一个。它结合了市场领先的Z-StackTMZigBeeTM协议软件和其他Chipcon公司的软件工具，为开发出无接口、紧凑、高性能和可靠的无线网络产品提供了便利。相信在未来几年，它的应用将会涉及到社会的更多领域。