摘　要：本文首先介紹了單片射頻收發(fā)器nRF905的芯片結(jié)構(gòu)、引腳功能,、工作模式以及射頻接收和發(fā)送的工作流程,；然后分析了nRF905片內(nèi)SPI接口的配置、射頻通信相關(guān)寄存器的配置,；最后給出了典型的應(yīng)用電路圖,。

關(guān)鍵詞：無線通信；射頻,；收發(fā)器,；nRF905

1. 引言

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9～3.6V,，32引腳QFN封裝(5×5mm),，工作于433/868/915MHz三個ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道,，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650us,。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器,、功率放大器,、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器,， ShockBurstTM工作模式,，自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信,，配置非常方便,。此外，其功耗非常低,，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA,，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式,，易于實現(xiàn)節(jié)能,。nRF905適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)、無線開鎖,、無線監(jiān)測,、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。

2. 芯片結(jié)構(gòu),、引腳介紹及工作模式

2.1芯片結(jié)構(gòu)[1]

nRF905片內(nèi)集成了電源管理,、晶體振蕩器、低噪聲放大器,、頻率合成器功率放大器等模塊,，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼,，因此使用非常方便,。

2.2引腳介紹

表1：nRF905引腳

2.3工作模式

nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式,，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式,。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定,，詳見表2,。

2.3.1ShockBurstTM模式

與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在nRF905片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定,，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理,，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑,，這很有利于節(jié)能,。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率,。在ShockBurstTM接收模式下,，當(dāng)一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器,。在ShockBurstTM發(fā)送模式,，nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后,，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢,。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源,，同時也減小了編寫程序的時間,。下面具體詳細(xì)分析nRF905的發(fā)送流程和接收流程。

2.3.1.1發(fā)送流程

典型的nRF905發(fā)送流程分以下幾步：
A. 當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時,，通過SPI接口,，按時序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定；
B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN,，激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；
C. nRF905的ShockBurstTM發(fā)送：
l 射頻寄存器自動開啟,；
l 數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼),；
l 發(fā)送數(shù)據(jù)包；
l 當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成,，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳被置高,；
D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發(fā),，直到TRX_CE被置低,；
E. 當(dāng)TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成,，自動進(jìn)入空閑模式,。
ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始,，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低,，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢,，nRF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包,。

2.3.1.2接收流程

A. 當(dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時,，nRF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模式,；
B. 650us后，nRF905不斷監(jiān)測,，等待接收數(shù)據(jù),；
C. 當(dāng)nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高,；
D. 當(dāng)接收到一個相匹配的地址,，地址匹配引腳被置高；
E. 當(dāng)一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢,，nRF905自動移去字頭,、地址和CRC校驗位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高
F. 微控制器把TRX_CE置低,，nRF905進(jìn)入空閑模式,；
G. 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi),；
H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢,，nRF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低；
I. nRF905此時可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式,。

當(dāng)正在接收一個數(shù)據(jù)包時,，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態(tài)發(fā)生改變，nRF905立即把其工作模式改變,，數(shù)據(jù)包則丟失,。當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包,，其可以決定是讓nRF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個工作模式,。

2.3.2節(jié)能模式
nRF905的節(jié)能模式包括關(guān)機(jī)模式和節(jié)能模式。
在關(guān)機(jī)模式,，nRF905的工作電流最小,，一般為2.5uA。進(jìn)入關(guān)機(jī)模式后,，nRF905保持配置字中的內(nèi)容,，但不會接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)。

空閑模式有利于減小工作電流,，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動時間也比較短,。在空閑模式下，nRF905內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài),。nRF905在空閑模式下的工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān),。

3. 器件配置
所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進(jìn)行設(shè)置,。當(dāng)nRF905處于空閑模式或關(guān)機(jī)模式時,，SPI接口可以保持在工作狀態(tài)。

3.1 SPI接口配置
SPI接口由狀態(tài)寄存器,、射頻配置寄存器,、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5個寄存器組成,。狀態(tài)寄存器包含數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳狀態(tài)信息和地址匹配引腳狀態(tài)信息,；射頻配置寄存器包含收發(fā)器配置信息，如頻率和輸出功能等,；發(fā)送地址寄存器包含接收機(jī)的地址和數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù),；發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器包含待發(fā)送的數(shù)據(jù)包的信息，如字節(jié)數(shù)等,；接收數(shù)據(jù)寄存器包含要接收的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)等信息,。

3.2射頻配置
射頻寄存器的各位的長度是固定的。然而,，在ShockBurstTM收發(fā)過程中,，TX_PAYLOAD,、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個寄存器使用字節(jié)數(shù)由配置字決定,。nRF905進(jìn)入關(guān)機(jī)模式或空閑模式時,，寄存器中的內(nèi)容保持不變。

4. 應(yīng)用電路
nRF905在使用中,，根據(jù)不同需要,，其電路圖不盡相同，圖2所示為典型的應(yīng)用原理圖,，該電路天線部分使用的是50Ω單端天線。在nRF905的電路板設(shè)計中,，也可以使用環(huán)形天線,，把天線布在PCB板上，這可減小系統(tǒng)的體積,。

5. 結(jié)束語
nRF905通過SPI接口和微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,，通過ShockBurstTM收發(fā)模式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，收發(fā)可靠,，使用方便,，在工業(yè)控制、消費電子等各個領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景,。