一种无线网络节点设计

①驱动CSn为低电平，告知CC2420开始新的SPI通信周期。

　　②CC2420选中后，开始驱动SCLK时钟信号。SCLK无需用固定频率驱动并有一SO上的数据；在SCLK信号下降沿，如果SO为输出模式，CC2420将改变SO上的数据。

　　③当这一周期完成时，停止SCLK的驱动并将CS_信号变为高电平。

　　3.4 供电模块

　　偏远地区的工业设施、军事装备的监控系统具有无人值守、低数据量和点多面广等特点，该监控系统应用ZigBee无线传感器网络传输数据，采用电池供电，因此，网络节点的功耗为系统设计的关键。CC2420采用低电压供电（2.1～3.6V），并具有休眠模式，且从休眠模式激活的时延短，因此，功耗大大减小。CC2420各状态下的电流消耗典型值为：稳压器关闭为0.02μA，低电位模式为20μA，空闲模式为426μA，接收模式为18.8mA，发送模式（POUT=0dBm）为17.4mA。另外，PIC18F4620也是一款低电压供电的器件（2.0～5.5V），并具有运行、空闲、休眠3种功耗管理模式，合理利用这些功耗管理模式可获得理想的节能效果。该系统设计的3.3V稳压电源是由两节五号电池或9V方型镍氢电池稳压至3.3V的电源来提供。图2为CC2420射频收发器的应用电路。

图2 CC2420 应用电路图

　　其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入／输出匹配电路和微控制器接口电路3部分。CC2420的本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供。由内部电路提供时需外接晶体振荡器和2只负载电容，其电容容量取决于晶体频率及输入容抗等参数。例如采用16MHz晶体振荡器时，其电容值约为22pF。射频输入/输出匹配电路主要用于匹配器件的输入输出阻抗，使其输入输出阻抗为50Ω，同时为CC2420器件内部的PA及LNA提供直流偏置。如果两节点相距较远，而且不易安装中间节点中继，可采用增加功放电路提高输出功率的方法实现较远距离的传输。图3为功放电路图。74LVC2G04是双非门缓存器用于控制UPG2214TK单刀双掷开关，选通发送或接收电路，而UP2202是一款高增益2.4Hz功放器件，用于提高射频电路的输出功率。这种带功放的节点一般应用于簇头节点或汇聚节点，以及沟壑地带等不易连接且相距较远的节点间数据传输。当然，这种节点消耗较大，大大降低电池寿命，因此在人烟稀少或不易到达的地点，需采用可充电的电池供电（输出电流达到120mA），同时采用太阳能板为电池充电。

　　4 结语

　　CC2420RF收发器适用于大量分布节点的传感器网络。电路设计中重点考虑的是线路抗干扰问题，电路板设计成4层板，未布线的区域用敷铜并接地，CC2420底部通过多个过孔与地层连接，滤波电容尽量靠近器件放置，数字地和模拟地采用0Ω电阻或磁珠隔离。另外，节点安装位应尽量避开树木，以减少对该电磁波的吸收，影响传输稳定性。

　　经过测试，增加功放电路后射频输出功率可达18dBm；在空旷地域，两相邻网络节点可以在500m范围内可靠传输数据。需要注意的是，普通节点一般不要外加功放，采用休眠机制，以延长电池使用寿命。

　1 引言

　　射频收发器CC2420应用Chipcon公司的SmartRF03技术，采用0.18μmCMOS工艺，只需极少的外部元件，性能稳定且功耗极低，同时集成所有ZigBee技术优点，可快速应用到建筑自动化网络、住宅安防系统、工业控制网络、远程抄表以及PC外设等ZigBee产品中，也可以替代现有的控制网络技术（例如RS-422、RS-485）和有线监视方案。

　　由于无线传感器网络在通信上消耗较大能量，选用功耗较小的PIC18F4620单片机为处理器，以及选用CC2420为通信器件，设计无线网络节点，因此，这里提出一种基于CC2420的ZigBee无线网络节点的设计方案。

　　2 CC2420简介

　　CC2420有33个16位配置寄存器、15个命令选通寄存器、1个128字节的RXRAM、1个128字节的TXRAM、1个112字节的安全信息存储器。TX和RXRAM的存取可通过地址或者用2个8位的寄存器实现，而采用后者访问内存与访问FIFO缓冲区一样，不能读取/写入任何数据到安全信息RAM，也不能把TXRAM和RXRAM作为内存访问，只能以FIFOS的方式访问，而对寄存器的操作则可通过SPI接口以从属方式使用。

CC2420内置一个低中频接收器，负责处理天线接收到的RF信号，经低噪声放大器（LNA）放大，并通过I/Q正交平衡电路降频转换为2MHz的中频信号。该信号再经滤波、放大、A/D转换、自动增益控制、信道过滤、解扩频、符号相关和字节同步等恢复出正确的数据。当发送数据时，应先把要发送的数据放入容量为128字节的发送缓冲区。报头和起始帧由硬件自动生成。CC2420的内部结构其性能特点如下：免执照频段：工作频带范围为2.400～2.4835GHz；数据传输速率低：2M/s直接扩