电子通信论文《内嵌8051的FSK收发器芯片CC1010》 - 毕业论文

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摘要：基于内嵌8051单片机的无线收发器芯片CC1010是315／433／868和915MHz ISM频段（300MHz～1000MHz）无线收发电路，该器件的灵敏度为－109dBm，可编程输出功率为－20dBm～10dBm，采用FSK调制时，数据速率可达76.8kbit/2。CC1010采用2.7～3.6V低电源工作，符合EN300220和EN300220 规范。文中介绍了CC1010的功能、原理和应用电路。

关键词：无线收发器；微控制器；FSK C1010

１芯片封装及引脚功能

ＣＣ１０１０是基于Ｃｈｉｐｃｏｎ＇ｓＳｍａｒｔＲＦ技术、内嵌８０５１单片机且带有３２ｋＢＦｌａｓｈ程序存储器的单片可编程ＵＨＦ收发器芯片。它仅需要少数几个外接元件，因而外围电路连接十分简单，特别适合计算机遥测遥控、安防、家庭自动化、汽车仪表数据读取等无线数据发射／接收系统中使用。ＣＣ１０１０采用ＴＱＦＰ－６４封装，各引脚功能如表１所列。

表1 CC1010引脚功能

引脚	符号	功能
1,2,6,12,15	AVDD	模拟电路电源（用于ADC，混频器，IF，LNA，PA）
3,7,8,9,16,17,22,64	AGND	模拟电路地
4	RF-IN	射频信号输入（AC耦合）
5	RF-OUT	射频信号输出到天线
10	L1	VCO谐振回路接入端
11	L2	VCO谐振回路输入端
13	CHP_OUT	通过该端充电泵电流输出到回路滤波器
14	R_BIAS	接偏置电阻（82kΩ,±1%）
18	XOSC_Q1	3～24MHz晶振输入
19	XOSC_Q2	3～24MHz晶振输出
20	XOSC32_Q2	32kHz晶振输出
21	XOSC32_Q1	32kHz晶振输入
23，24，32，41，49	DGND	数字地
25	POR_E	电源导驼复位使能端，0为不使能电源导通复位；1为使能电源导通复位
26，35，36，37，38，39，42，45，53，54，55	P1.0P1.4，P2.2，P2.3,P2.5,P1.5,P1.6,P1.7,P2.6,P2.7	8051 I/O
27，28	P2.0,P2.1	8051 I/O和RXD1（O），TXD1（O）
29，30，31，46，47，48	P3.5，p3.4,P3.3,P3.2,P3.1,P3.0	8051 I/O和PWM3 T1（I），PWM2（O）T0（I），INT1（I），INT0（I），TXD0（O），RXD0（I）
33，34，51，52	P0.0,P0.1,P0.2,P0.3	8051 I/O和SCK（O），MO（O）SI（I），MI（I）SO（O）
40，50	DVDD	数字电源
58	PROG	8051 I/O
59	RESET	8051 I/O
60	DVDD	8051 I/O
61	AD0	8051ADC输入0
62	AD1	8051ADC输入1
63	AD2	8051ADC输入，2，RSSI（O）IF（O）

２　内部结构与工作原理

ＣＣ１０１０芯片内含微控制器和收发器电路。其中微控制器以８０５１为核心，同时内嵌３２ｋＢＦｌａｓｈ、２０４８＋１２８ＢｙｔｅＳＲＡＭ、３通道１０ｂｉｔＡＤＣ、４定时器／２ＰＷＭｓ、２ＵＡＲＴｓ、ＲＴＣ、看门狗、ＳＰＩ、ＤＥＳ编码和２６个通用Ｉ／Ｏ，芯片收发器部分的内部结构框图如图１所示。其中接收器部分由低噪声放大器（ＬＮＡ）、混频器（ＭＩＸＥＲ）、中频放大器（ＩＦ）、解调器（ＭＯＤＥＭ）、解码器（ＣＯＤＥＣ）组成。发射器部分由功率放大器（ＰＡ）、ＰＬＬ（ＶＣＯ、充电泵、分频器）等电路组成。在接收模式中，ＣＣ１０１０被配置成超外差式接收机。ＲＦ输入信号被低噪声放大器放大，并经混频器变换成中频（ＩＦ）。在中频级，经变换的信号在送入解调器之前被放大和滤波，然后将解调器输出的数字数据送入微控制器进行处理。

在发射模式下，芯片内部压控振荡器（ＶＣＯ）的输出信号直接送入功率放大器，ＲＦ输出是由微控制器的数字比特流频移键控形成的。其频率合成器产生的本振信号在接收模式时被送到混频器ＭＩＸＥＲ　然后在发射模式时馈送到功率放大器。芯片中的频率合成器由晶体振荡器、相位检波器、充电泵、ＶＣＯ和分频器组成。外接晶体必须连接到芯片的ＸＯＳＣ端，同时ＶＣＯ也需要外接一个外部电感。具体设计时，ＣＣ１０１０芯片的工作状态设置一般由芯片内的微控制器来完成。

3　应用电路设计

不同工作频率下，ＣＣ１０１０外围电路的元器件参数值也不完全相同，表２所列是不同频率时的具体参数。ＣＣ１０１０的典型应用电路图如图２所示。

表2 不同工作频率时的元器件参数值

ltem	315MHz	433MHz	868MHz	915MHz
C31	TBDpF，5%,COG,0603	10pF,5%,COG,0603	8.2pF,5%,COG,0603	8.2pF,5%,COG,0603
C41	TBDpF,5%,COG,0603	6.8pF,5%,COG,0603	Not used	Not used
C42	TBDpF,5%,COG,0603	8.2pF,5%,COG,0603	10PF,5%，COG,0603	10pF,5%,COG,0603
C171	18pF,5%,COG,0603	18pF,5%,COG,0603	18pF,5%,COG,0603	18pF,5%,COG,0603
C181	18pF,5%,COG,0603	18pF,5%,COG,0603	18pF,5%,COG,0603	18pF,5%,COG,0603
L32	TBDnH,10%,0805	68nH,10%,0805(Coilcraft 0805CS-680XKBC)	12nH,10%,0805(Coilcraft 0805CS-120XKBC)	12nH,10%,0805(Coilcratf0805CS-120XKBC)
L41	TBDnH,10%,0805	6.2nH,10%,0805(Coilcraft0805HQ-6N2XKBC)	2.5mnH,10%,0805(Coilcraft0805CS-120XKBC)	2.5nH,10%,0805(Coilcraft0805HQ-2N5XKBC)
L101	TBDnH,5%,0805	27nH,10%,0805(KoaKL732ATE27NJ)	3.3nH,5%,0805(KoaKL732ATE3N3C)	3.3nH,5%,0805(KoaKL732ATE3N3C)
R131	82kΩ,1%,0603	82kΩ,1%,0603	82kΩ,1%,0603	82kΩ,1%,0603
XTAL	14.7456MHz crystal,16pF load	14.7456MHz crystal,16pF load	14.7456MHz crystal,16pF load	14.7456MHz crystal,16pF load

为使用户能够得到最好的性能，设计时可使用可编程组态寄存器，具体可编程的关键参数如下：

●接收和发射模式

●ＲＦ输出功率电平

●频率合成关键参数（如ＲＦ输出频率，ＦＳＫ调制频率分离偏差，晶振基准频率）

●低功耗模式

●基准振荡器在低功耗模式中启动或关闭

●数据速率和数据形式选择等。

图2 CC1010应用电路图

利用ＣｈｉｐｃｏｎＣｏｍｐｏｎｏｎｔｓ公司提供给ＣＣ１０１０用户一个ＳｍａｒｔＲＦＳｔｕｄｉｏ（Ｗｉｎｄｏｗｓ界面）软件的可选择产生设置ＣＣ１０１０工作状态所需的数据，这些数据必须输入到微控制器中，然后通过编程输入到ＣＣ１０１０的可编程组态寄存器中，以完成对ＣＣ１０１０工作状态的设置。同时ＳｍａｒｔＲＦＳｔｕｄｉｏ也可以给用户提供ＰＬＬ回路和输入／输出匹配电路所需的元件参数。

由于ＣＣ１０１０的应用电路通常工作在较高的频率，因而对ＰＣＢ的板面设计较为敏感。为此，Ｃｈｉｐｃｏｎ仔细地设计了ＣＣ１０１０ＥＭ评估板的ＰＣＢ板面，用户可以拷贝并运用于自己的ＰＣＢ设计中。ＰＣＢ采用４层板，材料为ＦＲ－４。ＰＣＢ厚１．６ｍｍ，第１层是顶部，４层在底部。第１层和第４层用来布局电路导线，２层是接地板，３层是电源布线板。所有没有用作布线的面积均应用铜填满并连接到地以提供ＲＦ屏蔽。地板通过通孔与所有的层连接在一起。ＣＣ１０１０的去耦电容和ＶＣＯ电感（Ｌ１０１）应放在底板面，其它元器件则应放在第１层。

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