单片可编程RF收发芯片CC400的原理及应用

    摘要：CC400是Chipcon Components公司推出的单片、可编程、半双工UHF收发芯片，可广泛应用于计算机遥控、安防、无线数据的发射/接收等系统。文中介绍了CC400的引脚、内部结构及使用参数，并给出了具体接口应用电路。

    关键词：无线收发芯片 FSK PLL 可编程 CC400

CC400是Chipcon Compononts公司推出的单片可编程RF收发芯片，它集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调以及可编程控制等多种功能。CC400是基于Chipcon's Smart RF技术的单片、可编程、半双工UHF收发芯片，电路主要工作在ISM频段（418MHz和433MHz），但也能够被编程工作在其它频段（如：300MHz～500MHz）。CC400主要的工作参数能够经由一个串行接口编程来设定，这使得它容易被使用并且具有很大灵活性。在其典型的应用中，CC400将与一个微控制器和少数几个外接元件一起被使用。它的工作频率为300MHz～500MHz，灵敏度为-112dB，输出功率可编程到25mW，可进行FSK调制，数据速率可达9.6kb/s，并可在2.7～3.3V低电源下工作。CC400在计算机遥测遥控、安防、无线数据发射/接收等系统中得到广泛的使用。

1 引脚功能

CC400采用SSOP-28封装，各引脚功能如下：

●1、7、8、13、14脚AVDD：模拟回路电源；

●2、3、4、10、11、17脚AGND：模拟回路地；

●5脚RF-IN：射频输入；

●6脚RF-OUT：射频输出；

●9脚VCO-IN：压控振荡器输入；

●12脚CHP-OUT：充电泵输出；

●15、16脚XOSC-Q1/Q2：外接晶振输入/输出端；

●18、20脚DGND：数字回路地；

●19脚LOCK：同步信号输出；

●21.22脚DVDD：数字回路电源；

●23脚DIO：数字输入/输出；

●24脚CLOCK：时钟输入；

●25脚PDATA：编程数据输入；

●26脚STROBE：选通脉冲输入；

●27脚IF-IN：IF输入；

●28脚IF-OUT：IF输出。

2 内部结构

CC400内部结构框图如图1所示。在接收模式中，CC400是被配置成传统的外差式接收机。RH输入信号被低噪声放大器（LNA）放大后，经混频器（MIXER）变换成中频（IF）信号。在中频级（IHSTAGE），中频信号在送入解调器（DEMOD）之前被放大和滤波。整机经过解调器（DEMOD）后，在DIO端输出凋制原始的数字数据。

在发射模式中，压控振荡器（VCO）的输出信号是直接送给功率放大器（PA），RF输出提被馈送到DIO端的数字比特流频移键控。内部的发//收（T/R）开关电路使得天线接口和匹配容易。

频率同步器产生的本振信号在接收模式时被送到混频器（MIXER），在发射模式时馈送到功率放大器（PA）。频率同步器由晶振荡器（XOSC）、相位检波器（PD）、充电泵（CHAGE PUMP）、VOC和分频器组成。外接晶体必须连接到XOSC端，对于VCO来说，则需要外接一个LC振荡回路和一个变容二极管。

CC400芯片的工作状态设置由芯片内的控制器来完成，控制命令和设置参数通过CLOCK、PDATA、STROBE三线数字串行接口输入。

3 应用

3.1 有关参数

为使用在不同应用中得到较好的性能，Chipcon Components公司提供给CC400用户一个Smart RF Studio（Windows界面）的软件，Smart RF Surdio将根据用户的不同选择，产生设置CC400工作状态所需8个16进制的数据。这8个16进制的数据必须输入到与CC400连接的微控制器中，可通过3线数字串行接口输入到CC400的可编程的寄存器中，从而完成对CC400工作状态的设置。以下为一些可编程的关键参数：

●接收和发射模式；

●RF输出功率电平；

●功率放大器工作类型（A、AB、B or C）；

●频率合成关键参数（RF输出频率，FSK调制频率分离偏差，晶振基准频率）；

●低功耗/高功耗模式；

●基准振荡器在低功耗模式中导通或截止（当在导通时，较短的频率同步器启动时间被完成）；

●使用片上的滤波器，IF能够设置为60kHz，200kHz或455kHz，使用外接滤波器；

●数据速率可选；

另外Smart RF Studio将提供给用户PLL回路和输入/输出匹配电路所需的元件参数。

3.2 接口电路

CC400与微控制器的接口如图2中所示。微控制器的3个输出端与CC400串行接口（PDATA STROBE和CLOCK）相连，一个双向口与CC400的DIO端相连，（用来进行数据的发送和接收），一个输入端用来监视同步信号（LOCK），当PLL在锁定状态时，LOCK输出逻辑高电平。完成CC400的一个完整设置需要发送8个16位一帧的数据。其编程时序如图3所示，在每一个写周期，每帧16位数据被发送在PDATA线上，Bit15、Bit14、Bit13是地址位（000～111共八个地址），Bit15是地址的最高位（MSB）并作为第一位发送，Bit0是最低位（LSB）。在PDATA上的位数据（Bit15～Bit0）是在CLOCK的负沿装入，当最后一位（Bit0）数据被装入即16位数据全部装入后，读取脉冲有效（从低变到高）；16位数据被输入到CC400芯片内的控制器，由它完成CC400的工作状态和设置。用2MHz的时钟速率，完成整个工作状态设置所需的时间少于100μs。

3.3 典型应用

CC400的典型的应用电路如图2所示，该电路的工作频率为433.92MHz，数据速率为1.2kbps，使用20kHz FSK分离。

电路中，L51和C51是接收器匹配，L61和C61是发射器输出匹配，芯片内部T/R开关电路使输入和输出一起匹配以50Ω开线。PLL回路滤波器是由C121～C123和R121～R123组成。VCO振荡回路由C91～C93，L91和变容二极管（VAR）组成。C91决定VCO的回路增益，这个回路增益也可利用Smart RF Studio中的VCO增益设置来控制（通过改变芯片内放大器的工作电流）。C92与VAR的容量比决定VCO的灵敏度（MHz/V）。该电路的灵敏度是20MHz/V。L91和C93用来设置VCO的绝对范围。C10～C12，C210和C211是电源去耦电容，这些电容将被放置在紧靠CC400的电源端。