单片４３３／８６８／９１５ＭＨＺ无线收发器ｎＲＦ９０５
概述
单片无线收发器工作在433/868/915MHZ的ISM频段一个带解
调器的接收器一个晶体震荡器和一个调节器组成
可以很容易通过SPI接口进行编程配置在发射功率为-10dBm时接收电流为12.5mA.进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电
nRF905
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1
结构框图
图1 带有外部元件的nRF905
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2
管脚功能 管脚
名称
管脚功能 说明
1 TRX_CE 数字输入 使能芯片发射或接收 2 PWR_UP 数字输入 芯片上电
3 uPCLK 时钟输出 由晶体震荡器分频的输出时钟 4
VDD
电源 电源 ５ ＶＳＳ 电源
地 ６
ＣＤ
数字输出 载波检测 7 AM 数字输出 地址匹配
8 DR 数字输出 接收或发射数据完成 9
VSS
电源 地 １０
ＭＩＳＯ
ＳＰＩ接口 SPI输出 11 MOSI SPI接口 SPI输入 12 SCK SPI时钟 SPI时钟 13 CSN SPI 使能 SPI 使能
14 XC1 模拟输入 晶体震荡器1脚/外部时钟输入脚 15 XC2 模拟输出 晶体震荡器2脚 16
VSS
电源 地 １７ ＶＤＤ 电源 电源 １８ ＶＳＳ 电源
地
１９
ＶＤＤ＿ＰＡ
电源输出 给nRF905功率放大器提供的+1.8V电源 20 ANT1 射频输出 天线接口1 21 ANT2 射频输出 天线接口2 22
VSS
电源
地 ２３
ＩＲＥＦ
模拟输入 参考电流 24
VSS
电源 地 ２５
ＶＤＤ 电源 电源 ２６ ＶＳＳ 电源 地 ２７ ＶＳＳ 电源 地 ２８ ＶＳＳ 电源 地 ２９ ＶＳＳ 电源 地 ３０ ＶＳＳ 电源 地
３１
ＤＶＤＤ＿１电源 de藕和的低压正数字电源输出
Ｖ２
32
TX_EN
数字输入
TX_EN=
TX
模式０
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3
管脚分配
图2 32L QFN 5x5mm封装的nRF905管脚分配
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4
电气特性
符号
VDD TEMP
参数工作条件 工作电压 工作温度
备注
最小值
1.9 -40
典型值 最大值
3.0 27
3.6 +85
单位
V
IOH= -0.5mAIOL= 0.5mA
f RGFSK
频率漂移
GFSK数据速率
±42 ±50 ±58 KHZ
输出频率4MHZ24６
通道宽度和通道间隔为200KHZ 8
POWERDOWN模式时SPI时钟为1MHZ
868
晶体频率有5种不同取值８１６
晶体为4MHZ
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5
电流消耗
工作模式
晶体频率 输出时钟频率典型电流
PowerDown 16 OFF 2.5µＡ StandBy 4 OFF 12µＡ StandBy 8 OFF 25µＡ StandBy 12 OFF 27µＡ StandBy 16 OFF 32µＡ StandBy 20 OFF 46µＡ StandBy 4 0.5 110µＡ StandBy 8 0.5 125µＡ StandBy 12 0.5 130µＡ StandBy 16 0.5 135µＡ StandBy 20 0.5 150µＡ StandBy 4 1 130µＡ StandBy 8 1 145µＡ StandBy 12 1 150µＡ StandBy 16 1 155µＡ StandBy 20 1 170µＡ StandBy 4 2 170µＡ StandBy 8 2 185µＡ StandBy 12 2 190µＡ StandBy 16 2 195µＡ StandBy 20 2 210µＡ StandBy 4 4 260µＡ StandBy 8 4 275µＡ StandBy 12 4 280µＡ StandBy 16 4 285µＡ StandBy 20 4 300µＡ Rx@433 16 OFF 12.2mA Rx@868/915 16 OFF 12.8 Ma Reduced Rx 16 OFF 10.5 mA Tx@ 10dBm 16 OFF 30 mA Tx@ 6dBm 16 OFF 20 mA Tx@ -2dBm 16 OFF 14 mA Tx@ -1dBm
16
OFF
11 mA
条件ＶＳＳ＝０Ｖ
外部时钟负载电容１３ｐＦ
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6
封装外形尺寸
nRF905采用QFN 32L 5x5mm 镀锡后绿色封装
推荐采用侧面流回低温焊接
ＱＦＮ流回低温焊接指南
封装类型
A A1 A2 B D E e J K L
QFN32
Min
typ
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7
绝对的最大等级
工作电压
VDD
0V
输入电压
VI
-0.3V to VDD+0.3V
总功耗
PD
ｔｏ ＋８５ ｔｏ ＋１２５
强行超过一项或多项极限值使用将导致器件永久性损坏
静电敏感器件
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8
术语表
术语
描述说明
ADC 模拟到数字转换 AM 地址匹配 CD 载波检测 CLK 时钟
CRC 循环冗余校验 DR 数据准备就绪 GFSK 高斯频移键控 ISM 工业的医学的 KSPS Kilo每秒采样 MCU 微控制单元 PWR_DWN 掉电 PWR_UP 上电 RX 接收
SPI 串行可编称接口 CNS SPI片选 MISO 主SPI输入
从SPI输入
SCK SPI串行时钟 SPS 每秒采样
STBY StandBy
TRX_CE 发射/接收使能 TX 发射
TX_EN
发射使能
表6 术语表
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9
工作模式
nRF905有两种活动
模式和两种节电模式
PWR_UP
0 1 1 1
ＴＸ＿ＥＮTRX_CE
X 0 1 1
TX_EN
X X 0 1
工作模式
掉电和SPI编程 Standby和SPI编程
ShockBurst ShockBurst
RX TX
nRF ShockBurst 模式 nRF905采用Nordic公司的
VLSI ShockBurst
技术
通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内速率由微控制器自己设定的接口速度决定
在ShockBurst
数据准备就绪说降低MCU成本
RX
模式中
ÔÚShockBurst MCU
AMDR
信号通知
模式中
数据传输已经完成
TX
这意味着降低
MCU
的存储器需求也就是
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10
典型ShockBurst TX
当应用MCU有遥控数据节点时TX-address
应用协议或MCU设置接口速度
ＭＣＵ设置TRX_CE3
数据包完成
100kbps
TX-payload
5
曼切斯特编码 如果AUTO_RETRAN被设置为高直到TRX_CE被设 置为低
nRF905结束数据传输并将自己设置成standby模式
总是能够完成
ＴＸ＿ＥＮ如
何被设置为了测试
另外
新的模式被激活
可以让发射机发射不变的载波
当数据脉冲被发射完成后
必须让TRX_CE保持为高
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图4 nRF905数据传输流程图
注意如果TX_CE
DR在被设置为高以后将变低被设置为低
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典型ShockBurst RX通过设置TRX_CE高６５０ｕｓ以后
当nRF905发现和接收频率相同的载波时当nRF905接收到有效的地址时当nRF905接收到有效的数据包
DR
MCU
CD
AM
时地址和
CRC
位
89
设置TRX_CE低低电流模式 ＭＣＵ可以以合适的速率通过SPI接口读出有效数据
nRF905将AM和DR置低
ShockBurst TX或Powerdown模式
并且数据包丢失
然后决定是等待DR信号还
如果在引入数据当中TRX_CE或TX_EN的状态改变
如果MCU已经感觉到AM信号是改变模式
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图4 nRF905数据接收流程图
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掉电模式 在掉电模式中电流消耗最小
这时候平均电流消耗最小
当进入这种模式时
在掉电模式中
Standby模式
Standby模式在保持电流消耗最小的同时保证最短的到
ÕâÖÖģʽʱ
ShockBurstRX
IDD=12uA
µ±½øÈë
µçÁ÷ÏûºÄÈ¡¾öÓÚ¾§ÌåÕñµ´Æ÷ƵÂÊ
如果uP-clock
配置字的内容保持不变
被使能
当4MHZ
并且取决于负载电容和频率
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器件配置
nRF905的所有配置都通过作
SPI
接口进行
一条
SPI
指令用来决定进行什么操
SPI寄存器配置
SPI接口由5个内部寄存器组成
图6 SPI接口和5个内部寄存器
状态寄存器 寄存器包含数据就绪和地址匹配状态
RF-Configuration Register
Êä³ö¹¦ÂʵÈÅäÖÃÐÅÏ¢
TX-Address
×Ö½Ú³¤¶ÈÓÉÅäÖüĴæÆ÷ÉèÖÃ
TX-Payload
×Ö½Ú³¤¶ÈÓÉÅäÖüĴæÆ÷ÉèÖÃ
TX-Payload
×Ö½Ú³¤¶ÈÓÉÅäÖüĴæÆ÷ÉèÖÃ
DR
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SPI指令设置
用于SPI接口的有用命令见下表
SPI
接口开始等待一条指令
SPI串行接口指令
指令名称
W_CONFIG (WC)
指令格式
0000AAAA
操作
写配置寄存器
AAAA指出的开始地址
AAAA
字节数量取决于
指出读操作的开始字节
W_TX_PAYLOAD
(WTP)
00100000
写TX有效数据
字节
写操作全部从字节0开始
1-32
W_TX_ADDRESS
(WTA)
R_TX_ADDRESS
(RTA)
00100010
写TX地址读TX地址
写操作全部从字节0开始 读操作全部从字节0开始字节
00100011
1-32
CHANNEL_CONFIG (CC)
1000pphc cccccccc
快速设置配置寄存器中
CH_NO=ccccccccc
CH_NO
PA_PWR=pp
表8 SPI串行接口指令设置
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SPI时序
图7 SPI读操作
图8 SPI写操作
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RF配置寄存器参数
CH_NO
说明
位宽
9
说明
同HFREQ_PLL一起设置中心频率ＦＲＦ＝＊（１＋ ＨＦＲＥＱ＿ＰＬＬｄ）ＭＨＺ 设置PLL在433或868/915MHZ模式０
-器件工作在868/915MHZ频段
默认值=00
-10dBm01
+6dBm11
ＨＦＲＥＱ＿
ＰＬＬ
１
RX_RED_ PWR
1
降低接收模式电流消耗至1.6mA
01
Èç¹ûTX寄存器的TRX_CE
01
和TX_EN被设置为高默认值=0
TX_AWF 3
字节RX地址宽度 -4字节RX地址宽度
TX地址宽度默认值=100
-1001100
字节RX有效数据宽度
-2字节RX有效数据宽度
-1
TX_PW
6
字节RX有效数据宽度
TX有效数据宽度默认值=100000
-32
000001000010100000
ʹÓÃ×Ö½ÚÒÀÀµÓÚ
ĬÈÏÖµ=11
00011011
ĬÈÏÖµ=1
01
±ØÐëÒÀ¾ÝÍⲿ¾§ÌåµÄ±ê³ÆƵÂÊÉèÖÃ
000001010011100
-不允许 -允许
ĬÈÏÖµ=100
RX_AFW
默认值=E7E7E7E7h
CRC_ MODE
1 CRC01
模式默认值=1
RF-Configuration-Register
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寄存器内容
RF-Configuration-Register( R/W) 字节# 内容位[7MSB=BIT[7]
0
Bit[7
AUTO_RETRANCH_NO[8]
2 4
Bit[7]
PA_PWR[1:0]
初始化值
0000_0000
没用
RX_PWR[5:0]
Ｂｉｔ［３］ 没用
0010_0000
Bit[7:6]没用
CRC
校验允许 ＵＰ＿ＣＬＫ＿ＥＮ
０］
０］
０］
０］
ｂｉｔ［６］ 没用
ｂｉｔ［４：０］ 没用
表10 RF寄存器内容
用在
ShockBurstRX/TX
E7
所有寄存器的长度都是固定的
模式TX_PAYLOAD
TX_ADDRESS
½Úµçģʽʱ¾ù²»¶ªÊ§
¼Ä´æÆ÷ÖеÄÄÚÈÝÔÚ½øÈëÈκÎÒ»ÖÖ
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20
重要的时序数据
在nRF905工作时必须遵守下面的时序
1ÏàͬµÄƵÂÊͨµÀ±»±£³Ö
Æ÷¼þ×Ô¶¯½øÈë
能被允许
模式
直到TRX_CE变低
standby
如果自动重发功
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ShockBurst RX模式时序
图10 从standby模式到ShockBurst RX模式时序图
数据就绪
信号被置高后
数据包被读出后
DR
数据包可以在接收模式
AM
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外围的RF信息 晶体规格
公差包括原始精度
CL 频率
4MHZ 8 MHZ 12 MHZ 16 MHZ 20 MHZ
12pF 12Pf 12pF 12pF 12pF
ESR
150Ù 100Ù 100Ù 100Ù 100Ù
C0max
7.0pF 7.0pF 7.0pF 7.0pF 7.0pF
868/915/MHZ时公差
433MHZ时公差
60ppm 60ppm 60ppm 60ppm 60ppm
为了实现晶体振荡器低功耗和快速启动时间的解决方案指定CL=12pF是可以接受的也可能增大到16pFCO=1.5pF也是很好的
典型的指定晶体电容CO=1.5pF指定为C0max =7.0pF
时钟
当使用外部时钟代替晶体时钟工作时
ÈçMCU
这个时钟信号应该直接连接到
XC1
引脚
以降低电流消
耗则电流消耗最大可达1mA
模式下提供输出时钟将增加电流消耗
输出时钟的频率和提供输出时钟的电容负载
ÔÚStandby
天线输出
ANT1和ANT2输出脚给天线提供稳定的RF输出过RF扼流圈在ANT1和
不平衡变压器
压器结构和匹配网络的信息可以在应用举例章节看到
或者通
ANT2之间的负载阻抗应该在200-700Ù范围内
例如50Ù其它关于不平衡变
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输出功率调节
nRF905中的功率放大器通过设置配置寄存器可以编程为4种不同的输出功率流被降低
TX
电
VDD=3V
TA=27
负载阻抗=400Ù
表13 nRF905输出功率设置 调制
的调制采用高斯频移键控频率偏离在
调制较普通的频移键控在更宽的带宽传输连接有效RX就是说通过采用内部曼切斯特编解码
nRF905
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高斯频移键控
TX
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24
输出频率
nRF905的RF工作频率由配置寄存器中的CH_NO和HFREQ_PLL设置fOP=*(1+ HFREQ_PLL)MHZ 当HFREQ_PLL=当HFREQ_PLL=应用工作频率的选择必须适用Shock 范围内
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PCB版面设计及退藕指南
nRF905由于有内部电压调节器
并且要求最小的
PCB
版面设计协议
为了实现最佳性能包括一个地网层
并用高质量RF电容滤波
源应进行滤波处理并与任何数字电路的电源分离
器件的所有地
板的地网层在上面如果PCB板的地网层在下面
每个VSS引脚最少应有一个过线孔
nRF905
工作电
如果PCB
一个完全合格的nRF905的PCB版面设计和它的周边元件包括天线和匹配网络可以从www.nvlsi.no下载
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nRF905的特点 载波检测
当nRF905工作在接收模式时
判断是否希望的通道可以输出数据
低功耗接收模式下的载波检测是非常强劲的RF系统
例如灵敏度是-100dBm时
CD
ÀýÈçVDD
载波检测引脚置高任何时候当器件准备发射数据时
运行
CD
CD
ÀýÈç0V
地址匹配
当nRF905工作在接收模式时地址匹配引脚置高
控制被提示在数据准备就绪信号置高前如果数据准备就绪
信号没有置高地址匹配引脚在数据包接收结束时复位置低
如果地址匹配引脚置高观察如果数据准备就绪
信号置高或者放弃一个可能已经接收的有效数据包并改变工作模式
DR
在发送模式时在自动重发模式时
告诉
MCU nRF905
已经准备好新的动作
DR
在前导码的结束时置低
在接收模式时
如有效的数据长度和CRC时置高
当数据缓冲起中数据被读空或者器件转换到发送模式时
自动重发
在有噪声的环境或没有碰撞控制的系统中以使用nRF905自动重发的特性很容易实现TX_EN保持为高
这可
只要TRX_CE和
当
TRX_CE
为低时
低功耗接收模式
当nRF905不需要很高的灵敏度时
接收电流消耗从12.5mA降低到仅10.5mA±10dBnRF905模块的性能将有所下降
低功耗模式是非常好的选择
nRF905
提供专门的低功耗模式
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27
环形天线差分连接的应用实例
图11 nRF905应用示意图
晶体振荡器
Ｃ２ Ｃ４
C6 C8 C10 R1 R2 R3 U1 X1
５％
0603 0603 0603
0603 0603
22
ｐＦ ｐＦ
pF nF pF pF
低温漂瓷片电容
PA
电源退藕
3.3
５％
5%
Ｘ７Ｒ瓷片电容
µçÔ´ÍËź
X7R
瓷片电容
µçÔ´ÍËź
4.7
10%
33
0.1
4.7
0.1
低温漂瓷片电容
ÌìÏßµ÷г
低温漂瓷片电容
ÌìÏßµ÷г
0×è00nRF905
¾§ÌåÕñµ´Æ÷Æ«Öõç²Î¿¼Æ«Öõç×èÌìÏßQ
１%
1%
MÙ kÙ kÙ
减小电阻
QFN32L/5x5 LxWxH= 4.0x2.5x0.8
16
１％
无线收发器
晶体
²î·ÖÁ¬½ÓµÄ»·ÐÎÌìÏß
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28
PCB板面设计实例使用
在板上顶层元件的周围也有接地面
线孔与底面接地网连接
a)
1.6mm
厚度的
FR-4
双面板
板的顶层接地面通过很多过
顶部丝印层
b)
底部丝印层
c
底部视图
图12 PCB板面设计实例
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单端连接的50Ù阻抗天线的应用实例
图13 nRF905应用示意图
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30
元件
C1 C3
说明
低温漂瓷片电容
¾§ÌåÕñµ´Æ÷
封装尺寸 值
0603 0603
22
公差
5%
单位
pF
低温漂瓷片电容
@433MHZ @868MHZ @915MHZ
PA
180 33 33
电源退藕
µçÔ´ÍËź
0603 0603 0603
33
１０％
10%
10
5%
18 3
9
0.25pF
ｎＦ
nF pF
Ｃ５
C7 C9
低温漂瓷片电容
µçÔ´ÍËź
X7R
瓷片电容
低温漂瓷片电容
@433MHZ @868MHZ @915MHZ
＜
pF
阻抗匹配
５％ ９ ３
C11 C12
＜０．２5pF
Not fitted 5% 5%
pF pF
低温漂瓷片电容低温漂瓷片电容
@433MHZ @868MHZ @915MHZ
0603 0603
6
C13
低温漂瓷片电容
@433MHZ @868MHZ @915MHZ
0603
Not fitted Not fitted Not fitted
pF
L1
贴片电感
@433MHZ @868MHZ @915MHZ
×迹ƥÅä
0603
12 12 12
nH
5% 5%
L3
贴片电感
@433MHZ @868MHZ @915MHZ
0603
39 12 12 1 22 18
５％
１Ｗ贴片电阻1W贴片电阻1W贴片电阻
0603 0603 0603
30ppm MHZ
表16 推荐的外围元件
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31
PCB板面设计实例使用
在板上顶层元件的周围也有接地面
线孔与底面接地网连接
a)
1.6mm
厚度的
FR-4
双面板
板的顶层接地面通过很多过
顶部丝印层
b)
底部丝印层
c
底部视图
图14 PCB板面设计实例
说明
数据手册状况 目标产品规范 初级产品规范 产品规范
这本手册包含产品开发的项目规范 这本手册包含初级数据这本手册包最终的产品规范留随时更改的权利
生厂商保
极限参数值
强行超过上面的一项或多项极限参数值将导致器件的永久性损坏
些参数工作的情况和说明书中有些章节给出的其它任何条件下超过这些参数工作的情况
不含在这
应用信息
给出应用信息的地方
功能或设计
产品或设计
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而不是规范的一部分
并不另行通知
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32
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