2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计

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1、2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计[导读]摘要：CC2420是Chipcon公司推出的一款符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz射频芯片，用来开发工业无线传感及家庭组网等PAN网络的ZigBee设备和产品。文中介绍了CC2420的主要功能、结构及典型应用电路。摘要：CC2420是Chipcon公司推出的一款符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz射频芯片，用来开发工业无线传感及家庭组网等PAN网络的ZigBee设备和产品。文中介绍了CC2420的主要功能、结构及典型应用电路。关键词：IEEE802.15.4;多点对多点通信;Zi

2、gBee;CC24201　引言ZigBee是一种基于IEEE802.15.4规范的无线技术。它具有在802.15.4规范上创建的安全和应用层接口、工作于免授权频段、以年计算的超低电池寿命、低至3美金的超低成本、极大可伸缩的网格和星型网络拓扑每个主设备可支持4万多个节点等诸多优点是家庭互联、工厂自动化、医疗设备、传感网络和汽车应用等的理想解决方案。CC2420是ChipconAS公司推出的首款符合2.4GHzIEEE802.15.4标准的射频收发器。该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ZigBee产品的RF器件。它基于Chipcon公司的SmartRF03技术，

3、以0.18umCMOS工艺制成只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点的快速组网。图12　芯片主要性能特点CC2420的主要性能参数如下：●工作频带范围：2.400～2.4835GHz;●采用IEEE802.15.4规范要求的直接序列扩频方式;●数据速率达250kbps码片速率达2MChip/s;●采用O-QPSK调制方式;●超低电流消耗(RX:19.7mA,TX:17.4mA)

4、高接收灵敏度(-94dBm);●抗邻频道干扰能力强(39dB);●内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器采用低电压供电(2.1～3.6V);●输出功率编程可控;●IEEE802.15.4MAC层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16bitCRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护(CTR,CBC-MAC,CCM);图2●与控制微处理器的接口配置容易(4总线SPI接口);●开发工具齐全提供有开发套件和演示套件;●采用QLP-48封装，外形尺寸只有7%26;#215;7mm。3芯片内部结构CC2420芯片的内部结构如图1所示。天线接收的射频信号经过

5、低噪声放大器和I/Q下变频处理后，中频信号只有2MHz,此混合I/Q信号经过滤波、放大、AD变换、自动增益控制、数字解调和解扩最终恢复出传输的正确数据。发射机部分基于直接上变频。要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中,头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据IEEE802.15.4标准,所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DA变换器。然后，经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到2.4GHz，并经放大后送到天线发射出去。本文引用地址: http://www.21ic.com/app/control/201408/596656.ht

6、m4典型应用电路CC2420只需要极少的外围元器件，其典型应用电路如图2所示。它的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三个部分。芯片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加晶体振荡器和两个负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。例如当采用16MHz晶振时其电容值约为22pF。射频输入/输出匹配电路主要用来匹配芯片的输入输出阻抗，使其输入输出阻抗为50Ω，同时为芯片内部的PA及LNA提供直流偏置。CC2420可以通过4线SPI总线(SI、SO、SCLK、CSn)设置芯片的工作模式并实现读/

7、写缓存数据读/写状态寄存器等。通过控制FIFO和FIFOP管脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。注意：在SPI总线接口上进行的地址和数据传输大多是MSB优先的。CC2420片内有33个16比特状态设置寄存器,在每个寄存器的读/写周期中,SI总线上共有24比特数据,分别为:1比特RAM/寄存器选择位(0:寄存器，1:RAM),1比特读/写控制位(0:写，1:读),6比特地址选择位、16比特数据位。在数据传输过程中CSn必须始终保持低电平。另外,通过CCA管脚状态的设置可以控制清除通道估计通过SFD管脚状态的设置可以控制时钟/定时信息的输入。这些接口