IEEE802.15.4無線收發(fā)" title="無線收發(fā)">無線收發(fā)器MRF24J40芯片內(nèi)部包含有SPI接口,、控制寄存器、MAC模塊,、PHY驅(qū)動器四個主要的功能模塊,，支持IEEE802.15.4，MiWiTM，ZigBee等協(xié)議,，工作在2.405～2.48 GHz ISM頻段,，接收靈敏度為-91 dBm，最大輸入電平為+5 dBm,，輸出功率為+0 dBm,，功率控制范圍為38.75 dB，集成有20 MHz和32.768 kHz主控振蕩器,，MAC／基帶部分采用硬件CSMA-CA結構,，自動ACK6和FCS檢測，CTR,、CCM和CBC-MAC模式采用硬件加密(AES-128),，電源電壓范圍為2.4～3.6 V，接收模式電流消耗為18 mA,，發(fā)射模式電流消耗為22 mA,，睡眠模式電流消耗為2μA。

MRF24J40采用6 mm×6 mm QFN-40封裝,，引腳端封裝形式如圖1所示,。圖中：引腳端RFP和RFN分別為芯片的RF差分輸入" title="差分輸入">差分輸入／輸出正端和負端，兩者都是模擬輸入／輸出端口,，與系統(tǒng)天線相連接,；VDD為電源電壓輸入引腳端，每個電源電壓輸入引腳端都必須連接一個電源去耦電容,；GND為接地引腳端,，必須低阻抗的連接到電路的接地板；GPIOO～GPIO5是通用數(shù)字I／O口,，其中GPIO0也被用來作為外部功率放大器使能控制,，GPIO1和GPIO2也被用來作為外部TX／RX開關控制；RESET為復位引腳端,，低電平有效,；WAKE為外部喚醒觸發(fā)輸入端；INT為到微控制器" title="微控制器">微控制器的中斷引腳端,；SDO,，SDI，SCK和CS是MRF24J40的SPI接口輸入輸出引腳端,，其中SDO是MRF24J40的串行數(shù)據(jù)輸出,，SDI是MRF24J40的串行接口" title="串行接口">串行接口數(shù)據(jù)輸入，SCK是串行接口的時鐘,，CS是串行接口使能控制引腳端,；LPOSC1和LPOSC2為32 kHz晶振輸入正端和負端,；OSC1和OSC2為20 MHz晶振輸入正端和負端；CLKOUT為20／10／5／2.5 MHz時鐘輸出端,；LCAP引腳端用來連接一個180 pF的PLL環(huán)路濾波器電容,；XIP和RXQP為接收I通道和Q通道輸出正端。



2 MRF24J40構成的IEEE802.15.4無線收發(fā)電路

MRF24J40構成的IEEE802.15.4無線收發(fā)電路如圖2所示,，各電源電壓引腳端根據(jù)需要分別連接了27 pF,，10 nF，100 nF,，2.2μF去耦電容器,。RF差分輸入／輸出正端RFP和負端RFN通過L3，L4,，G37和C43組成平衡一不平衡變換電路,，將MRF24J40的RF差分輸入／輸出形式轉(zhuǎn)換為單端輸入／輸出形式。L1,，C23和C33構成π型匹配電路,，使平衡一不平衡變換電路阻抗與天線的阻抗相匹配。LPOSC1和LPOSC2引腳端連接32 kHz晶振和電容,，構成32 kHz時鐘振蕩器電路,。OSC1和OSC2引腳端連接20 MHz晶振和電容，構成20 MHz時鐘振蕩器電路,。產(chǎn)生的時鐘信號作為芯片內(nèi)部時鐘信號,，并可以提供給外部的微控制器使用。


引腳端RESET,，WAKE,，INT，SDO,，SDI,，SCK，CS連接到微控制器,，在微控制器的控制下完成數(shù)據(jù)的收發(fā),。

3印制電路板(PCB)設計

3.1 PCB設計基本要求

MRF24J40構成的IEEE802.15.4無線收發(fā)電路工作頻率范圍為2.405～2.48 GHz，對PCB的設計有十分高的要求,。PCB采用4層結構,，如圖3所示，分別為信號層,，RF接地層,，電源布線層和接地層，采用FR4材料,。



保持PCB的厚度是十分重要的,，任何尺寸的改變將會影響天線的性能或者微帶線的特性阻抗,。信號層的50 Ω微帶線為12 mil(1 mil=0.025 4 mm)。應避免微帶線的長度超過2.5 cm,，當線長超過2.5 cm，接近電路板的工作頻率1／4波長時,，導線可以象天線一樣工作,。除天線外，導線應避免尖銳的轉(zhuǎn)角,，以減少EMI的產(chǎn)生,。當周期信號和時鐘進行轉(zhuǎn)換時，數(shù)字線容易產(chǎn)生噪聲,，布線時應避免使射頻信號線接近任何數(shù)字線,。電源必須以星狀拓撲結構形式分配給每個電源引腳端，采用低自感系數(shù)的電容器進行退耦,。退耦電容器可以采用15～27 pF和100 nF進行組合,。還有低電阻電解電容必須放置在每個引腳上來適當去除耦合噪聲。電感器的自諧振頻率至少應該是工作頻率的兩倍,。PCB地線設計盡可能粗,，甚至大面積接地，除了天線部分,、元器件引線,、電源走線、信號線之外,，其余部分均可作為地線,。

3.2 PCB天線設計

RF差分輸入／輸出正端RFP和負端RFN連接平衡-不平衡變換電路和兀型阻抗匹配電路，推薦的PCB天線部分布線圖和尺寸(單位：mm)如圖4所示,。



4 MRF24J40的初始化程序

由MRF24J40構成的IEEE802.15.4無線收發(fā)電路必須在微控制器的控制下,，才能夠在IEEE802.15.4網(wǎng)絡中應用。電路中進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收前,，必須完成器件的初始化設置,。MRF24J40的初始化程序如下所示：



5  結  語

采用MRF24J40構成的IEEE802.15.4無線收發(fā)器電路，支持MiWiTM,，ZigBee等協(xié)議,，為IEEE802.5.15.4MAC和PHY物理層提供硬件層，工作在2.405～2.48 GHzISM頻段,，接收靈敏度為-91 dBm,，發(fā)射輸出功率為+0 dBm，采用4線式SPI與微控制器接口,，適合家居自動化,、工業(yè)自動化等低數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)膽?。作?ldquo;全自動哮喘診斷儀”的無線數(shù)據(jù)傳輸通道，效果良好,。