基于CC2500的2.4G无线收发系统设计正文(郝兴恒)

1、.基于 CC2500的 2.4GHz 无线收发系统设计1.系统方案设计与论证1.1 设计要求利用无线芯片设计一个无线收发系统，要求设计达到以下技术要求：低工作电压，低功耗。工作于免费的2.42.485GHz免许可证ISM 频段。各主要技术指标可实现编程控制，要求操作简单。高信息传输速率（250kbps ），支持多种调制方式。高接收灵敏度（10kbps下 -100dBm;250kbps下 -90dBm；1% 数据包误码率，450KHz数字信道滤波带宽） ，可编程输出功率控制。可实现点对多点通信地址控制。1.2 设计方案与论证设计采用模块化设计，整个系统主要由无线收发模块、控制模块和电源模块构成。

2、无线模块根据设计要求， 查找工作在2.4GHz 频段相应无线收发芯片的datasheeet，从 Nordic、Maxic 、TI 、Silicon Labs等各大公司生产的无线收发芯片中仔细查找筛选，筛选的原则是：满足设计性能要求价格合理，容易购买设计难度小，操作方便。通过比较， 最终选定TI 公司的 CC2500作为无线模块核心。CC2500 体积小，几乎集成了所有的无线射频功能，灵敏度高，可编程设定主要工作参数，高效的SPI 接口，工作在1.8V3.6V电压范围，功耗低，具有多种调制方式，能满足不同应用要求，纠错能力强、误码率低。所需外围器件很少，降低了设计难度；数字特征明显， 软件设计难

3、度降低，用户操作也更加简单；收发一体，可实现双向通信。所以，选择CC2500作为无线核心具有很大的设计优势和价格优势，设可编辑.计周期短，使用简便，最终产品也能够更快的占领市场。控制模块无线模块选用了CC2500 ，由于 CC2500 芯片内部集成了几乎所有的射频功能，控制器只要能 控制 CC2500 的不同操作模式， 写入缓冲数据，通过4 线 SPI（ SI,SO,SCLK 和CSn ）总 线 配 置 接 口读回状态信息就能达到要求。因此，廉价的 MCU 就能对其进行控制，市场上最常见的8 位 51 系列单片机就能满足要求，综合性能、价格、应用普遍性等多方面的因素，本设计采用能满足设计要求、

4、性能适中、价格最便宜、使用广泛的STC89C52 单片机作为无线模块微控制核心。电源模块根据上面的选择，CC2500芯片的供电电压要求是1.8V3.6V，而且要求稳定度高，干扰小。 STC89C52 芯片供电电压是5V ，稳定性要求比无线芯片稍低。根据要求初步拟定了两个方案：方案一：采用干电池供电。利用3 节五号电池分别为CC2500提供 3V 直流电源，为STC89C52 提供 4.5V 的直流电源。但是干电池得不到芯片所要求的典型电压值，放点以后的电压值和内阻的变化也很大，实际上是很难满足设计的供电要求的。方案二： 采用稳压芯片。 为增加无线系统的移动性，稳压部分的前级既可以采用对市电变压

5、后的开关电源，也可以采用蓄电装置供电，因为无线模块的便携性要求，这里最好采用5V 或 5V 以上的蓄电池作前级供电。设计中 3.3V 稳压芯片采用LM2576T-3.3，5V 稳压芯片采用 L7805 。考虑到首先要满足性能要求，最终供电模块采用方案二。根据设计要求，得出系统的总的设计方案框图如图（1）所示。可编辑.发射部分天线 接收部分天线无线发射模块无线接收模块控控电源模块电源模块制制模模块块图（ 1）方案框图由方框图可见， 无线收发系统分为发射部分和接收部分，实际上由于CC2500 是收发一体的芯片，所以系统可以简化表示为如图（2 ）所示形式：无线收发模块控电源模块制模块图（ 2 ）简化

6、了的设计方案综上所述，考虑到性能、价格、操作性、便携性等各种因素，本方案都能达到要求，因此本方案是可实现的。2.硬件单元电路设计2.1 无线模块CC2500 是Chipon公司（现被 TI 收购）推出的单片无线收发一体化芯片，芯片属于基于可编辑.0.18微 米 CMOS 晶 体 技 术 的 Chipcon SmartRF 04系列。 工作在 2.4 2.4835GHz 全球开放的 ISM （公业、科学、医学）频段，数据传输率12500kbps ，满足多点通信和跳频通信需要，工作电压 1.93.6V 。芯片内部高度集成了频率合成器，可编程调制解调器，射频功放，低噪声小信号放大器，基带滤波放大器，

7、硬件CRC（循环冗余校验） ，点对多点通信地址控制， 模拟温度传感器等几乎所有射频收发器模块。主要工作参数大都可以通过芯片状态字由用户根据需要进行配置，没有复杂的通信协议，对用户完全透明。CC2500 支持2-FSK、 M SK 、 OOK 和灵活的 A SK 调制方式 ，对同类产品完全兼容。因此，只要极少数的外围元件，使用廉价的微控制器就可得到高性能的数字RF系统。2.1.1无线收发芯片外部特征无线收发芯片 CC2500 采用 4 ×4mmQLP20 封装形式， 体积小， 集成度高， 图（ 2 ）是 CC2500 的视觉外形和封装。图（ 3）是封装参数。图（ 2） CC2500 芯

8、片外观和封装可编辑.单位： mm图（ 3 ） CC2500 封装参数芯片引脚及其功能CC2500 芯片有 28 个引脚，引脚排列顺序见图（4 ），表（ 1 ）是对应引脚的功能。可编辑.图（ 4 ） CC2500 引脚排列注：表面的硬膜连接垫必需接在硬地面上，因为这是芯片的主接地。引脚编号引脚名引脚类型描述1SCLK数字输入连续配置接口，时钟输入2SO(GD01)数字输出连续配置接口，数据输出；当 CSn 为高时为可选的一般输出脚GDO2数字输出一般用途的数字输出脚：3测试信号； FIFO 状态信号；时钟输出，从XOSC 向下分割；连续输入TX 数据4DVDD数字功率数字 I/O 和数字中心电压

9、调节器的 1.8V-3.6V数字功率供给输出。DCOUPL数字功率对退耦的 1.6V-2.0V数字功率供给输出；注意：这个引脚只5对 CC2500 使用。不能用来对其他设备提供供给电压GDO0数字 I/O一般用途的数字输出脚：6（Atest ）测试信号； FIFO 状态信号；时钟输出，从XOSC 向下分割；连续输入TX 数据；也用作原型 / 产品测试的模拟测试 I/O7CSn数字输入连续配置接口，芯片选择8XOSC_Q1模拟 I/O晶体振荡器脚 1，或外部时钟输入9AVDD模拟功率1.8V-3.6V 模拟功率供给连接10XOSC_Q2模拟 I/O晶体振荡器脚11AVDD模拟功率1.8V-3.6

10、V 模拟功率供给连接12RF_PRF I/O接收模式下对 LNA的正 RF 输入信号；发送模式下对 LNA的正 RF 输出信号13AVDDRF I/O接收模式下对 LNA的负 RF 输入信号14AVDD模拟功率1.8V-3.6V 模拟功率供给连接15AVDD模拟功率1.8V-3.6V 模拟功率供给连接可编辑.16GND模拟地模拟接地17RBIAS模拟 I/O参考电流的外部偏阻器18DGUARD数字功率对数字噪声隔离的功率供给连接GND19GND数字地数字噪声隔离的接地20SI数字输入连续配置接口，数据输入表（ 1 ）CC2500 外接引脚介绍无线收发芯片内部结构CC2500简化结构框图如图（5

11、 ）所示。当CC2500用作一个低中频（Low-IF ）接收器时，接收的RF 信号通过低噪声放大器（LNA ）放大，再对中频信号（IF）求积分来向下转换。在中频（IF）， I/Q信号通过ADC被数字化。自动增益控制（AGC），细微频率滤波和解调，位 / 数据包同步均是数字化地工作。CC2500的发送器部分基于RF 频率的直接合成。频率合成器包含一个完整的芯片LCVCO ，和一个对接收模式下的向下转换混频器产生I 和 QLO 信号的 90 度相移装置。 晶体振荡器连接在XOSC_Q1和 XOSC_Q2上。晶体振荡器产生合成器的参考频率，同时为数字部分和ADC提供时钟。以一个4 线 SPI 串联接口为配置和数据缓冲通路。数字基带包括频道配置支持，数据包处理及数据缓冲。可编辑.图（ 5 ）CC2500 简化结构框图无线收发芯片电性能参数CC2500 无线收发芯片可工作在-40 °C85 °C温度范围内，工作电压 1.8V 3.6V（所有的供电引脚必需保证相同的电压），在数据速率250