Si4463芯片使用小結(jié)

1、Si4463芯片使用小結(jié)一、芯片介紹Silicon Labs 的 Si4463芯片是高性能的低電流收發(fā)器，其覆蓋了 119MHz 至 1050 MHz 的 Sub-1GHz頻段。還是 EZRadioPRO 系列的一部分，該系列包含覆蓋各種應(yīng)用的完整發(fā)射器、接收器和收發(fā)器產(chǎn)品線。所有器件都具有杰出的靈敏度 -126 dBm，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了極低的活動(dòng)和休眠電流消耗。二、功能實(shí)現(xiàn)1、引腳說(shuō)明Si4463有20個(gè)引腳，主要引腳功能可以分為兩大類(lèi)：硬件引腳和軟件引腳。硬件引腳主要由電源、射頻部分組成，軟件引腳主要分為SPI、芯片使能以及GPIO。硬件引腳在原理圖、PCB設(shè)計(jì)部分需要注意，此處主要是介紹芯片的

2、程序操作，硬件部分就此帶過(guò)。下表列舉了si4463的21個(gè)引腳（包括芯片正下方的Exposed pad引腳）的具體引腳號(hào)和功能簡(jiǎn)述：表1 Si4463引腳簡(jiǎn)述Si446xPin NumberPin NamePin FunctionExposed pad, 18GNDGround6, 8VDDSupply input2,3Rxp,Rxnused for Rx4,7Tx,TXRampused for Tx16,17Xin,Xoutcrystal11NIRQInterrupt output, active low1SDNShutdown input, active high15NSELSPI sel

3、ect input12SCLKSPI clock input14SDISPI data input13SDOSPI data output9GPIO0GPIO10GPIO1GPIO19GPIO2GPIO20GPIO3GPIO2、功能實(shí)現(xiàn)1）SPI操作芯片的12-15腳為SPI引腳，最大支持速率達(dá)到10MHz.芯片支持標(biāo)準(zhǔn)的SPI總線協(xié)議，操作方便。整個(gè)芯片的所有SPI操作都可以分成兩種方式：寫(xiě)命令和讀數(shù)據(jù)。SPI操作最需要注意的一點(diǎn)是芯片狀態(tài)，因?yàn)樾酒豢赡茈S時(shí)隨地處在SPI就緒狀態(tài)，所以每次操作SPI時(shí)必須讀取芯片的當(dāng)前狀態(tài)（CTS），確保操作成功。圖 CTS讀取流程寫(xiě)命令的流程如下：圖 寫(xiě)

4、命令Si4463至少有28條命令I(lǐng)D，每個(gè)命令都有不同的含義，有的可以直接操作芯片執(zhí)行各項(xiàng)功能，有的可以讀取芯片各種狀態(tài)。上述的讀取CTS也是其中一種命令。命令內(nèi)容詳情可參閱Siliconlabs官方文檔“AN633.pdf”讀數(shù)據(jù)流程如下：圖 讀數(shù)據(jù)有部分命令是讀取命令，寫(xiě)完命令后可讀出該命令規(guī)定的相應(yīng)字節(jié)數(shù)據(jù)，如上圖，SDI在寫(xiě)完0x44讀取到CTS信號(hào)后，寫(xiě)入0x00（空操作命令）來(lái)讀取回復(fù)字，切忌用有效命令操作（會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常）！2）初始化Si4463不支持上電自動(dòng)復(fù)位功能，因此每次上電后都需認(rèn)為給出初始化操作，具體可參見(jiàn)下述代碼：void SI446X_RESET( void ) /

5、Si4463復(fù)位函數(shù) SI_SDN_HIGH( ); /SDN引腳拉高，芯片關(guān)斷 waitus(10); /延時(shí)10us SI_SDN_LOW( ); /SDN引腳拉低，芯片使能 SI_nSEL_HIGH( ); /nSEL引腳拉高，禁止SPI片選，釋放SPI waitms(5); /延時(shí)5ms，芯片自動(dòng)復(fù)位在芯片重新復(fù)位后可以對(duì)芯片進(jìn)行相應(yīng)的配置。寫(xiě)配置信息有兩種方式，其一查詢(xún)器件手冊(cè)，對(duì)每一個(gè)寄存器進(jìn)行直接配置；其二，按順序?qū)懭肱渲眯畔?shù)組，該數(shù)組在頭文件中進(jìn)行定義，而頭文件可由Siliconlabs公司的配置軟件WDS生成。我們選擇方法二，具體操作后面細(xì)述。uint8 Si4463_in

6、it( void ) SI446X_RESET( ); /SI446X 模塊復(fù)位 SI446X_CONFIG_INIT( ); /SI446X 模塊初始化配置函數(shù) SI446X_INT_STATUS( Si446x_CMD_Buf ); /清除中斷狀態(tài) SI446X_EN_INT(SI446X_INT_STAUS); /使能中斷 SI446X_START_RX( Rx_channel, 0, PACKET_LENGTH,0,0,3 ); /開(kāi)接收return (Si4463_diagnose(); /讀取芯片狀態(tài)，返回芯片信息3）發(fā)送模式發(fā)送函數(shù)比較簡(jiǎn)單，在初始化結(jié)束后只需填數(shù)據(jù)至TXFIFO

7、，并使能發(fā)送，Si4463會(huì)自動(dòng)完成發(fā)送功能，在發(fā)送完成后產(chǎn)生中斷信號(hào)（nIRQ引腳）或置位中斷狀態(tài)寄存器，因此在程序?qū)崿F(xiàn)中可以采用查詢(xún)方式或中斷方式實(shí)現(xiàn)發(fā)送，具體流程如下：發(fā)送函數(shù)流程圖4）接收模式接收模式與發(fā)送類(lèi)似也有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)，從產(chǎn)品角度或MCU資源方面考慮，一般不選用查詢(xún)方式，5）休眠模式Si4463低功耗有兩種方式：休眠模式以及關(guān)斷模式，兩者的功耗分別為30nA和50nA。休眠模式以關(guān)斷模式之間的主要區(qū)別在于寄存器狀態(tài)，關(guān)斷后所有寄存器數(shù)據(jù)丟失，重新上電需要再次初始化，而休眠模式能夠保持，具體使用可根據(jù)實(shí)際需求自行選擇。至于程序操作，這兩種方式都較為簡(jiǎn)單：關(guān)斷只需將SDN引腳拉

8、高；休眠需執(zhí)行寄存器操作： void SI446X_CHANGE_STATE( uint8 state) /改變芯片狀態(tài) uint8 cmd2; cmd0 = CHANGE_STATE; /芯片狀態(tài) cmd1 = state&0x0F; SI446X_CMD( cmd, 2 );三、配置說(shuō)明 Si4463的參數(shù)配置主要采用WDS軟件進(jìn)行配置，設(shè)置好相應(yīng)的內(nèi)容后生成一個(gè)參數(shù)宏定義的頭文件，在程序中只需將該頭文件中的參數(shù)以相應(yīng)的命令寫(xiě)入射頻芯片即可完成配置。 第一步 選擇模擬方式 第二步 選擇芯片 第三步 選擇配置模式 第四步 配置界面 1、頻率和功率 圖中標(biāo)注的幾處為必須配置的參數(shù)，具體

9、參數(shù)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。2、RF參數(shù)接收端的調(diào)制方式、速率、頻偏以及帶寬必須與發(fā)射端匹配，否則無(wú)法接收3、數(shù)據(jù)包參數(shù)數(shù)據(jù)包主要有引導(dǎo)碼、同步字、數(shù)據(jù)域以及CRC構(gòu)成，每項(xiàng)都可選可去，為保證數(shù)據(jù)可靠接收，同時(shí)減少不必要的數(shù)據(jù)接收，引導(dǎo)碼和同步字就十分必要，這兩部分中的內(nèi)容可以自由配置，此處就不細(xì)述，具體可參見(jiàn)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)以及WDS使用指南。數(shù)據(jù)域有幾種模式，可單域也可多域，一般選用變長(zhǎng)發(fā)送模式時(shí)采用雙域，前一域幀長(zhǎng)，后一域數(shù)據(jù)。CRC模式也可采用分域校驗(yàn)和整體校驗(yàn)，一般選用整體，最后兩個(gè)直接為CRC結(jié)果校驗(yàn)由硬件完成，校驗(yàn)通過(guò)標(biāo)志可通過(guò)配置設(shè)定在這兩個(gè)直接中任意直接的高位或低位。4、中斷配置芯片有一個(gè)

10、中斷引腳，可對(duì)應(yīng)3個(gè)中斷寄存器，共計(jì)22中不同中斷狀態(tài)。在正常發(fā)送、接收中一般只用以下3個(gè)中斷：發(fā)送完成、接收、CRC異常，其余中斷對(duì)應(yīng)的具體說(shuō)明可參見(jiàn)芯片用戶(hù)指導(dǎo)。5、GPIO和快速寄存器配置Si4463有4個(gè)GPIO引腳外加一個(gè)NIRQ和SDO引腳可進(jìn)行自由配置，具體功能參見(jiàn)用戶(hù)指導(dǎo)，一般會(huì)選用兩個(gè)引腳作為射頻開(kāi)關(guān)的控制引腳，如下圖：快速寄存器主要用于快速讀出芯片的某些狀態(tài)或寄存器值，相對(duì)于直接操作普通寄存器，速度要更快，更節(jié)省MCU資源，具體配置可根據(jù)實(shí)際使用進(jìn)行配置，如RSSI、芯片工作狀態(tài)等都是比較常用的。四、問(wèn)題總結(jié)1、發(fā)送功率與功耗Si4463的發(fā)送功率可調(diào)，功率越大功耗自然越大

11、，尤其是超過(guò)15dBm后發(fā)射功率每增加一點(diǎn)，功耗會(huì)增加很多，下圖是理論參數(shù)（橫坐標(biāo)是電流）：實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)模塊功率很難達(dá)到20dBm，經(jīng)過(guò)測(cè)試排查，發(fā)現(xiàn)發(fā)射功率受供電電壓影響也較大，下圖是最大發(fā)射功率與供電電壓之間的關(guān)系：這也就是造成我們傳感器電源波動(dòng)測(cè)試中發(fā)射功率不足的主要原因。2、發(fā)射死機(jī)問(wèn)題2.1現(xiàn)象無(wú)線模塊（加天線）在以20dBm發(fā)送時(shí)出現(xiàn)發(fā)送失敗現(xiàn)象，程序死在等待發(fā)送完成處，接收端無(wú)法收到數(shù)據(jù)；去除天線，以任何功率、速率都能成功發(fā)射；降低發(fā)送功率，低于10dBm時(shí)也能正常發(fā)射；模塊選用的是32M晶振，程序配置成30M時(shí)能發(fā)射且不死（中心頻率有一定偏移）出現(xiàn)假死現(xiàn)象概率很高，最頻繁時(shí)能達(dá)到每45個(gè)包就掛一次！2.2、測(cè)試1）不加天線20dBm發(fā)送時(shí)SPI波形2）加天線時(shí)20dBm發(fā)射SPI波形（異常） 讀取CTS時(shí)每次都回復(fù) 0x00。2.3 問(wèn)題分析加上天線后射頻芯片處于大功率工作狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)采用查詢(xún)方式進(jìn)行掃描發(fā)送完成，及易導(dǎo)致射頻芯片操作異常，尤其是還存在中斷操作，故芯片死機(jī)概率較高。2.4 解決方案：方案一：整個(gè)程序中在寫(xiě)操作Si4463時(shí)不允許被中斷（禁止中斷