2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:449

摘要：cc2420是chipcon公司推出的一款符合ieee 802.15.4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；zigbee；cc2420

１　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，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1

２　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）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７×７ｍｍ。

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。

４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