单片射频收发器nRF905及其应用

摘　要：本文首先介绍了单片射频收发器nRF905的芯片结构、引脚功能、工作模式以及射频接收和发送的工作流程；然后分析了nRF905片内SPI接口的配置、射频通信相关寄存器的配置；最后给出了典型的应用电路图。

关键词：无线通信；射频；收发器；nRF905

1. 引言

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.9～3.6V，32引脚QFN封装(5×5mm)，工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650us。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器， ShockBurstTM工作模式，自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。

2. 芯片结构、引脚介绍及工作模式

2.1芯片结构[1]

nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。

2.2引脚介绍

表1：nRF905引脚

2.3工作模式

nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定，详见表2。

2.3.1ShockBurstTM模式

与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905片内进行，数据速率由微控制器配置的SPI接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在nRF905中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。在ShockBurstTM接收模式下，当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配(AM)和数据准备好(DR)两引脚通知微控制器。在ShockBurstTM发送模式，nRF905自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。下面具体详细分析nRF905的发送流程和接收流程。

2.3.1.1发送流程

典型的nRF905发送流程分以下几步：
A. 当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905，SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；
B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；
C. nRF905的ShockBurstTM发送：
l 射频寄存器自动开启；
l 数据打包(加字头和CRC校验码)；
l 发送数据包；
l 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；
D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；
E. 当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。
ShockBurstTM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_EN和TX_EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包。

2.3.1.2接收流程

A. 当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurstTM接收模式；
B. 650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；
C. 当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；
D. 当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；
E. 当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚置高
F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；
G. 微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；
H. 当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；
I. nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发送模式或关机模式。

当正在接收一个数据包时，TRX_CE或TX_EN引脚的状态发生改变，nRF905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道nRF905正在接收数据包，其可以决定是让nRF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。

2.3.2节能模式
nRF905的节能模式包括关机模式和节能模式。
在关机模式，nRF905的工作电流最小，一般为2.5uA。进入关机模式后，nRF905保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。

空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模