单片2.4GHz无线收发芯片nRF24E1的应用

摘  要: 本文给出了在一个短程的通信系统中应用nRF24E1的实例。

引言
nRF24E1是Nordic公司推出的一颗嵌入了高性能单片机内核的高速1Mbps单片无线收发芯片。
与蓝牙相比，nRF24E1没有复杂的通信协议，完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的，nRF24E1比蓝牙产品更便宜，具有成本优势。所以nRF24E1是业界体积小、功耗少、外围元件少的低成本射频系统级芯片。

nRF24E1
无线收发一体芯片nRF24E1框图如图1所示。
nRF24E1嵌入2.4GHz无线内核nRF2401，具有全球开放的2.4GHz频段，125个频道，可满足多频及跳频需要。集成增强型8051微处理器内核，9路10位ADC，采样速率100kHz，内置电压基准、电源检测，可配置PWM输出，UART异步串口，SPI同步通信串口；内置CRC效验和多点通信控制，适合点对多点通信。
使用1.9~3.6V电源，极少的外围电路，发射功率、工作频率等所有工作参数全部通过软件设置完成，所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，一致性良好，性能稳定且不受外界影响。而且每个芯片可以通过软件设置最多40位地址，只有收到本机地址时才会输出数据(提供一个中断指示)，编程很方便。内置CRC纠检错硬件电路和协议，对于软件开发人员的编程非常方便，由于无需由单片机完成纠检错的运算，可以降低无线应用开发的难度。
采用DuoCeiver技术可以同时接收两个nRF2401的数据。其基本原理是DuoCeiver为同时双信道接收模式， nRF24E1可以通过一个天线接口从相隔8MHz的两个1 Mbps发射机(例如：nRF24E1，nRF2401或nRF2402)接收数据。两个数据信道的输出反馈到两套独立接口引脚上：
数据信道1：CLK1, DATA, DR1
数据信道2：CLK2, DOUT2, DR

图1  nRF24E1框图


图 2  DuoCeivertm同时双接收信道

而DuoCeiver技术为RX提供两个独立的专用数字信道，代替了对两个单独接收系统的要求。图2所示DuoCeiver同时双接收信道。数字信道2的频率比数字信道1高出8MHz，才能保证正常接收。
nRF24E1还具有高速率1Mbps，高于蓝牙，有高数据吞吐量。内置WTD看门狗，带有数据时隙和数据时钟恢复。

应用电路


图3  nRF24E1连接单端50W天线的RF电路

nRF24E1连接单端50W天线的RF电路图示于图3。
该电路图包含了在一个短射程的通信系统中实现nRF24E1所需的全部电路。布线图周围所有用到的数字I/O信号，A/D输入均可与用户使用的外设部分相联。nRF24E1所需的串行EEPROM的程序代码包含在电路中，EEPROM是标准的2XX320 SPI型。电路自带供电和接地，这部分应用电路的供电应与任何高电流的外设供电滤波分离。单端50W天线使用一个不同的单端匹配网络。
实际应用中应注意以下几点：
可用频带通过局部调节来决定；
晶振频率应从4，8，12，16和20MHz这五个配置表指定的不同值中选择，通常数据率为1Mbps时使用16MHz；
数据率只能是250kbps或1000kbps；
非嵌入式天线的负载阻抗为400W。■

参考文献
1.  Nordic VLSI. 2.4Ghz RF transceiver with embedded 8051 compatible microcontroller and 9 input, 10 bit ADC. 2003.7
2.  Nordic VLSI. nRF24E1 and nRF24E2 RF layouts. 2003.5