各種芯片特性對(duì)比

1、各種芯片特性對(duì)比先簡(jiǎn)單的將各種無(wú)線收發(fā)芯片做個(gè)對(duì)比， 然 后從中選出一個(gè)較為合適的芯片在詳細(xì)與 CC2540 藍(lán)牙芯片作對(duì)比。表 1 各種無(wú)線收發(fā)芯片對(duì)比芯片型 號(hào)nRF2401RF2915BC418XC1201工作電 壓1.93.6V2.45V2.53.4V2.45.5V數(shù)據(jù)是 否可以 直接單 片機(jī)串 口使用可以直接接單片 機(jī)串口，數(shù)據(jù)無(wú)需 曼徹斯特編碼，效 率高不能直 接接單 片機(jī)串 口，數(shù)據(jù) 需要曼 徹斯特 編碼，效 率低不能直接 接單片機(jī) 串口，數(shù) 據(jù)需要曼 徹斯特編 碼，效率 低不能直 接接單 片機(jī)串 口，數(shù)據(jù) 需要曼 徹斯特 編碼，效 率低最大發(fā)射功率0dBm+5 dBm+12 d

2、Bm+5 dBm發(fā)射模 式下電 流 (5dBm)11.3mA(0dBm)17mA45mA10mA接受模 式下電 流12.3mA(2000kbps)6.8mA最大 8mA7.5mA速率1 或 2Mbps9.6Kbps50個(gè)兩根天 線約 20 個(gè)，一根 天線約 35個(gè)根據(jù)上表各種芯片的性能對(duì)比， 結(jié)合一些實(shí) 際因素， 在這些芯片中我們初步認(rèn)為 nRF2401 無(wú)線收發(fā)一體芯片比較適合。 因?yàn)槠渑c藍(lán)牙芯片 一樣都是工作在 2.4GHz 自由頻段。為此我們?cè)谙旅鎸⑦M(jìn)一步將其與 CC2540 藍(lán)牙芯片做進(jìn)一步 的對(duì)比，然后從兩者中選出一個(gè)更為合適的芯 片。面我們將對(duì)比 nRF24l01 芯片與 CC25

3、40 藍(lán)牙芯片的優(yōu)缺點(diǎn)表 2 CC2540 與 nRF24L01 芯片對(duì)比芯片型 號(hào)CC2540nRF24L01特性真正的低功耗藍(lán)牙片上系統(tǒng)解決方案：集成低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧，包括外設(shè)接口和廣泛的傳感器等真正的 GFSK （高斯頻移鍵控）單片式收發(fā)芯片，集成 所有與 RF 協(xié)議相關(guān)的高速信號(hào)處理部分，比如自動(dòng)重發(fā)丟 失數(shù)據(jù)包和自動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)等，其 SPI 接口可以利用單片 機(jī)的硬件 SPI 接口或用單片機(jī) I/O 口進(jìn)行模擬， 內(nèi)部有 FIFO 可以與各種高低速微處理接口，便于使用低成本單片機(jī)。發(fā)射功 率3dBm最大 0dBm發(fā)射模 式下電 流24mA （-6dBm ）11.3mA （ 0dBm

4、 ）接收模 式下電 流19.6mA12.3mA掉電模 式下電 流無(wú)僅為 900nA功率模式 1235A（3s喚醒）無(wú)功率模式 20.9 A（睡眠計(jì)時(shí)器開(kāi)啟）無(wú)功率模式 30.4 A（外部中斷）無(wú)接收靈敏度-93dBm-85dBm傳輸速率1Mbps1Mbps 或 2Mbps供電范圍2V-3.6V1.9V-3.6V封裝尺寸6mm*6mm4mm*4mm成本大約 10 元（淘寶價(jià)格）大約 5 元（淘寶價(jià)格）SPI 接口傳輸速率無(wú)08Mbps（1）藍(lán)牙低功耗兼容技術(shù)（ 1）與 nRF24* 系列完全兼容RF 部分（2）出色的鏈路預(yù)算（高達(dá) 97dB） ,支持無(wú)外部前段的遠(yuǎn)程 應(yīng)用（3）精確的數(shù)據(jù)接收信號(hào)

5、強(qiáng)度檢測(cè)（RSSI ）（4）適用于針對(duì)世界范圍內(nèi)的無(wú)線電射頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)（2）采用全球開(kāi)放的 2.4GHz 片段，有 多頻及跳頻的需要（ 3）可 100%RF 檢驗(yàn)125 個(gè)頻道，可滿足外圍設(shè)備（1）含 8個(gè)通道和可配置分辨率的 12 位數(shù)模轉(zhuǎn)換（2）集成高性能比較器（3）通用定時(shí)器 16 字節(jié)（4）21 個(gè)多功能 I/O 接口（5） 32kHz 休眠定時(shí)器（6）2 個(gè)串口（7）全速 USB 接口（8） AES 安全協(xié)處理器（9）電池監(jiān)控和溫度傳感器（ 10）每個(gè) CC2540 內(nèi)涵一個(gè)唯一的 48 位 IEEE 地址（1）內(nèi)置增強(qiáng)型的 “ShockBurst ”工作模式（2）內(nèi)置硬件的 CRC

6、校驗(yàn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的地址控制（3）4線 SPI 通訊接口，適合與各種 MCU 連接，編程簡(jiǎn)單（4）可通過(guò)軟件設(shè)置工作頻率、通訊地址、傳輸速率和數(shù)據(jù) 長(zhǎng)度（5）MCU 可通過(guò) IRQ 引腳快判斷是否完成數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù) 發(fā)送CC2540 芯片簡(jiǎn)介：圖 1 CC2540 引腳圖從上圖可知， CC2540 芯片共有 40 個(gè)引腳， 全部引腳可分為 I/O 端口線引腳、 電源線引腳和 控制線引腳三類。I/O 端口線引腳：CC2540 有 19 個(gè)可編程的 I/O 引腳， p0、 p1 口是完全的 8 位口， p2 口只有 3 個(gè)可以使用的位。I/O 端口的關(guān)鍵特性：（1）可設(shè)置為通常的 I/O 口，也可設(shè)置

7、為 外圍 I/O 口使用；（2）在輸入時(shí)有上拉和下拉能力；（3）19 個(gè)數(shù)字 I/O 口引腳都具有響應(yīng)外部 的中斷能力。 如果需要外部中斷， 可對(duì) I/O 口引 腳產(chǎn)生中斷， 同時(shí)外部的中斷事件也可能被用來(lái) 喚醒休眠模式。（4）1219 腳（即 P0_0P0_7）:具有 4mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力；9/11 腳（即 P1_0P1_1）：具有 20mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力；58 腳 （ P1_2P1_5 ）、 3436 腳 （ P2_0P2_2）、 3738 腳（ P1_6P1_7）:具有 4mA 輸出驅(qū)動(dòng)能力。表3 電源線引腳功能引號(hào)腳功能21為模擬電路連接 2.03.6V24為模擬電路連接 2.03.6

8、V27為模擬電路連接 2.03.6V28為模擬電路連接 2.03.6V29為模擬電路連接 2.03.6V31為模擬電路連接 2.03.6V40提供 1.8V 的去耦電壓，此電壓不為外電 路所使用39為 I/O 提供 2.03.6V 工作電壓10為 I/O 提供 2.03.6V 工作電壓表 4 控制線引腳功能引腳號(hào)功能3232.768kHZ XOSC 的 2.4 端口3332.768kHZ XOSC 的 2.3 端口2232MHz 的晶振引腳 1 或外部時(shí)鐘輸入 引腳2332MHz 的晶振引腳 225在 RX 期間向 LNA 輸入正向射頻信號(hào)； 在 TX 期間接受來(lái)自 PA 的輸入正向射 頻信號(hào)

9、26在 RX 期間向 LNA 輸入負(fù)向射頻信號(hào)； 在 TX 期間接受來(lái)自 PA 的輸入負(fù)向射 頻信號(hào)20復(fù)位引腳，低電平由有效30為參考電流提供精確的偏置電阻用 CC2540 芯片設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊系統(tǒng)框圖如圖 2 所示圖 2 藍(lán)牙模塊系統(tǒng)框圖從圖 2 可以看出外圍電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)主要 圍繞主控芯片 CC2540 核心芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。 外圍 電路主要包括兩個(gè)時(shí)鐘、 電源電路、 阻抗匹配電 路、通信接口電路、天線等。片內(nèi)供壓方式 :1.8V 的穩(wěn)壓器外加去耦電容； 現(xiàn)實(shí)中可以用 40 號(hào)管腳外加 1f的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。 兩時(shí)鐘電路中，一個(gè)時(shí)鐘電路用工作頻率為 32.768kHz 的石英晶振和兩個(gè)均為 15p

10、F 的電容 實(shí)現(xiàn)，石英晶振接芯片管腳 33 和 32，另一個(gè) 時(shí)鐘電路由一個(gè)工作頻率為 32MHz 的石英晶 振和兩個(gè)分別為 22pF 和 12pF 的電容實(shí)現(xiàn)，32MHz 的石英晶振接芯片管腳 22 和 23其實(shí)物圖如下圖所示圖 3 CC2540 藍(lán)牙模塊nRF24L01 芯片簡(jiǎn)介圖 4 nRF24l01 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及管腳表 5 nRF2401 管腳功能管 腳名稱管腳功 能備注1CE數(shù)字輸 入用于激活芯片的接受或發(fā)送模式2DR2數(shù)字輸 出數(shù)據(jù)通道 2 接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好輸 出，表示可以接受數(shù)據(jù)3CLK2數(shù)字輸 入/輸出接收數(shù)據(jù)通道的時(shí)鐘輸出 入/輸4DOUT2數(shù)字輸 出接收數(shù)據(jù)通道 2 的輸出

11、5CS數(shù)字輸 入片選用于激活配置模式6DR1數(shù)字輸 出該腳輸出可用于表示數(shù)據(jù)通1 接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好道7CLK1數(shù)據(jù)輸 入/輸出在數(shù)據(jù)通道 1 的 3-線接口發(fā)送 時(shí)鐘輸入和接收的時(shí)鐘輸出 / 輸入8DATA數(shù)字輸 入/輸出接收通達(dá) 1/發(fā)送數(shù)據(jù)輸入 /3- 線接口9DVDD功率數(shù)字電源正端，使用時(shí)應(yīng)退耦10VSS功率接地（ 0V）11XC2模擬輸 出晶振接入端12XC1模擬輸晶振接入端入13VDD_PA功率輸 出功率放大器電源端14ANT1射頻天線接口 115ANT2射頻天線接口 216VSS PA功率接地（ 0V）17VDD功率+3V DC 電源端18VSS功率接地（ 0V）19IREF模擬輸

12、 入?yún)⒖茧娏鬏斎攵?0VSS功率接地（ 0V）21VDD功率+3V DC 電源端22VSS功率接地（ 0V）23PWR_UP數(shù)字輸 入功率上限24VDD功率+3V DC 電源端nRF24L01 其實(shí)物如下圖圖 5 nRF24l01 無(wú)線模塊用 nRF24l01 芯片設(shè)計(jì)無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)主要包 括四部分：射頻收發(fā)部分、單片機(jī)控制部分、接 口電路和電源部分 nRF 與 CC2540 藍(lán)牙芯片的比較結(jié)果（1）硬件方面CC2540 方案：一般由多個(gè)芯片組成，即 由 PLL, 發(fā)射接收處理，基帶處理等多個(gè)芯片組 成，所以硬件相對(duì) nRF 復(fù)雜一點(diǎn)，不過(guò)總體來(lái) 說(shuō)外圍電路實(shí)現(xiàn)還是不是那么困難。nRF 方案：只

13、需要數(shù)個(gè)外圍元件。（2）接口方式CC2540 對(duì)時(shí)序要求比較嚴(yán)格。nRF 需要與單片機(jī) SPI 或 I/O 連接。（3）編程CC2540:通信協(xié)議和軟件堆棧比較復(fù)雜， 不過(guò) CC2540 內(nèi)部已經(jīng)集成了低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧 和基本軟件，所以使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。nRF：提供了實(shí)用化的源代碼，使編程相 對(duì)方便一點(diǎn)（4）功耗因 CC2540 有 3 中功率模式，且模式之間 切換時(shí)間短、方便。所以功耗比較低。結(jié)論：通過(guò)以上性能比較。個(gè)人比較傾向于使用 CC2540 藍(lán)牙芯片。首先 CC2540 芯片屬于低功 耗芯片，而且還是一個(gè)真正意義上的片上系統(tǒng)， 并且顯著降低了成本和物理尺寸。 從上面的表格 可以看出

14、CC2540 各種模式下的功耗電流都特別 小，使用壽命長(zhǎng)久， 所以比較符合我們要求的低 功耗設(shè)計(jì)。 而且其還支持固件升級(jí)， 可在片上存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其靈活性將不斷地提高，同時(shí)由于 CC2540 芯片集成了低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧，具有基 本的軟件，這樣使用起來(lái)比較方便。 CC2540 芯 片還內(nèi)置了微控制處理器，相比于 nRF2401 性 能更好一點(diǎn)。 綜合考慮， 個(gè)人認(rèn)為 CC2540 更適 合我們所需。藍(lán)牙天線的類型：（1）倒 F 型天線顧名思義，倒 F 型天線因其結(jié)構(gòu)與倒置的英 文字母 F 相似而得名。如圖 5 所示。其中（L+H ） 只有四分之一波長(zhǎng)而且在其結(jié)構(gòu)中已經(jīng)包含有 接觸地金屬面， 可以降

15、低對(duì)模塊中接地金屬米難 的敏感度，所以非常適合用在藍(lán)牙模塊裝置中。 另外一方面，由于倒 F 型天線只需要利用金屬 導(dǎo)體配合適當(dāng)?shù)酿伨€及天線短路到接地面的位 置，故其制作成本低，而且可以直接與 pcb 電 路板焊接在一起，一體化設(shè)計(jì)。圖 5 倒 F 型天線優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可共形、制造成本 低、輻射效率高、容易實(shí)現(xiàn)多頻段工作等。（2）曲流型天線因其長(zhǎng)度比較難以確定， 長(zhǎng)度一般比四分之一 波長(zhǎng)稍長(zhǎng)。（3）陶瓷天線 陶瓷天線是另外一種適合于藍(lán)牙裝置使用的 小型化天線。陶瓷天線的種類分為塊狀陶瓷天線 和多層陶瓷天線。 塊狀天線是使用高溫將整塊陶 瓷體一次燒結(jié)完成后再將天線的金屬部分印在 陶瓷塊的表面上。 多層天線燒制采用低溫共燒的 方式講多層陶瓷迭壓對(duì)位后再以高溫?zé)Y(jié)， 所以 天線的金屬導(dǎo)體可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要印在每一層 陶瓷介質(zhì)層上，如此一來(lái)可以有效縮小天線尺 寸，并能達(dá)到隱藏天線目的。 由于陶瓷本身介電 常數(shù)較 pcb 電路板高，所以使用陶瓷天線能有 效縮小天線尺寸， 在介電損耗方面， 陶瓷介質(zhì)也 比 pcb 電路板的介電損失小，所以非常適合低 耗電率的的藍(lán)牙模塊中使用。 陶瓷天線尺寸一般 1210 封裝相當(dāng)，效果要強(qiáng)于板載天線。使用亦 比較方便，一般有 ANT 接入腳和地腳，在 pcb 設(shè)計(jì)時(shí)， 天線周圍要凈空就可以了