各种芯片特性对比.docx
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各种芯片特性对比
各种芯片特性对比
先简单的将各种无线收发芯片做个对比，然后从中选出一个较为合适的芯片在详细与CC2540蓝牙芯片作对比。
表1各种无线收发芯片对比
芯片型号
nRF2401
RF2915
BC418
XC1201
CC400
工作电压
1.9~3.6V
2.4~5V
2.5~3.4V
2.4~5.5V
2.7~3.3V
数据是否可以直接单片机串口使用
可以直接接单片机串口，数据无需曼彻斯特编码，效率高
不能直接接单片机串口，数据需要曼彻斯特编码，效率低
不能直接接单片机串口，数据需要曼彻斯特编码，效率低
不能直接接单片机串口，数据需要曼彻斯特编码，效率低
不能直接接单片机串口，数据需要曼彻斯特编码，效率低
最大发射功率
0dBm
+5dBm
+12dBm
+5dBm
+14dBm
发射模式下电流（5dBm）
11.3mA（0dBm）
17mA
45mA
10mA
91mA
接受模式下电流
12.3mA（2000kbps）
6.8mA
最大8mA
7.5mA
40mA
速率
1或2Mbps
9.6Kbps
<128Kbps（外部调制）
2.4Kbps（内部调制）
64Kbps
9.6kbps
需要外接天线数量
1
1
2
2
1
外围原件数量
约2个
约50个
>50个
两根天线约20个，一根天线约35个
>25个
根据上表各种芯片的性能对比，结合一些实际因素，在这些芯片中我们初步认为nRF2401无线收发一体芯片比较适合。
因为其与蓝牙芯片一样都是工作在2.4GHz自由频段。
为此我们在下面将进一步将其与CC2540蓝牙芯片做进一步的对比，然后从两者中选出一个更为合适的芯片。
下面我们将对比nRF24l01芯片与CC2540蓝牙芯片的优缺点
表2CC2540与nRF24L01芯片对比
芯片型号
CC2540
nRF24L01
特性
真正的低功耗蓝牙片上系统解决方案：
集成低功耗蓝牙协议栈，包括外设接口和广泛的传感器等
真正的GFSK（高斯频移键控）单片式收发芯片，集成所有与RF协议相关的高速信号处理部分，比如自动重发丢失数据包和自动产生应答信号等，其SPI接口可以利用单片机的硬件SPI接口或用单片机I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理接口，便于使用低成本单片机。
发射功率
≥3dBm
最大0dBm
发射模式下电流
24mA（-6dBm）
11.3mA（0dBm）
接收模式下电流
19.6mA
12.3mA
掉电模式下电流
无
仅为900nA
功率模式1
235μA（3μs唤醒）
无
功率模式2
0.9μA（睡眠计时器开启）
无
功率模式3
0.4μA（外部中断）
无
接收灵敏度
-93dBm
-85dBm
传输速率
1Mbps
1Mbps或2Mbps
供电范围
2V-3.6V
1.9V-3.6V
封装尺寸
6mm*6mm
4mm*4mm
成本
大约10元（淘宝价格）
大约5元（淘宝价格）
SPI接口传输速率
无
0~8Mbps
RF部分
（1）蓝牙低功耗兼容技术
（2）出色的链路预算（高达97dB）,支持无外部前段的远程应用
（3）精确的数据接收信号强度检测（RSSI）
（4）适用于针对世界范围内的无线电射频调节系统
（1）与nRF24**系列完全兼容
（2）采用全球开放的2.4GHz片段，有125个频道，可满足多频及跳频的需要
（3）可100%RF检验
外围设备
（1）含8个通道和可配置分辨率的12位数模转换
（2）集成高性能比较器
（3）通用定时器16字节
（4）21个多功能I/O接口
（5）32kHz休眠定时器
（6）2个串口
（7）全速USB接口
（8）AES安全协处理器
（9）电池监控和温度传感器
（10）每个CC2540内涵一个唯一的48位IEEE地址
（1）内置增强型的“ShockBurst”工作模式
（2）内置硬件的CRC校验和点对多点的地址控制
（3）4线SPI通讯接口，适合与各种MCU连接，编程简单
（4）可通过软件设置工作频率、通讯地址、传输速率和数据长度
（5）MCU可通过IRQ引脚快判断是否完成数据接收和数据发送
CC2540芯片简介：
图1CC2540引脚图
从上图可知，CC2540芯片共有40个引脚，全部引脚可分为I/O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。
I/O端口线引脚：
CC2540有19个可编程的I/O引脚，p0、p1口是完全的8位口，p2口只有3个可以使用的位。
I/O端口的关键特性：
（1）可设置为通常的I/O口，也可设置为外围I/O口使用；
（2）在输入时有上拉和下拉能力；
（3）19个数字I/O口引脚都具有响应外部的中断能力。
如果需要外部中断，可对I/O口引脚产生中断，同时外部的中断事件也可能被用来唤醒休眠模式。
（4）12~19脚（即P0_0~P0_7）:
具有4mA输出驱动能力；
9/11脚（即P1_0~P1_1）：
具有20mA输出驱动能力；
5~8脚（P1_2~P1_5）、34~36脚（P2_0~P2_2）、37~38脚（P1_6~P1_7）:
具有4mA输出驱动能力。
表3电源线引脚功能
引脚号
功能
21
为模拟电路连接2.0~3.6V
24
为模拟电路连接2.0~3.6V
27
为模拟电路连接2.0~3.6V
28
为模拟电路连接2.0~3.6V
29
为模拟电路连接2.0~3.6V
31
为模拟电路连接2.0~3.6V
40
提供1.8V的去耦电压，此电压不为外电路所使用
39
为I/O提供2.0~3.6V工作电压
10
为I/O提供2.0~3.6V工作电压
表4控制线引脚功能
引脚号
功能
32
32.768kHZXOSC的2.4端口
33
32.768kHZXOSC的2.3端口
22
32MHz的晶振引脚1或外部时钟输入引脚
23
32MHz的晶振引脚2
25
在RX期间向LNA输入正向射频信号；在TX期间接受来自PA的输入正向射频信号
26
在RX期间向LNA输入负向射频信号；在TX期间接受来自PA的输入负向射频信号
20
复位引脚，低电平由有效
30
为参考电流提供精确的偏置电阻
用CC2540芯片设计的蓝牙模块系统框图如图2所示
图2蓝牙模块系统框图
从图2可以看出外围电路设计的设计主要围绕主控芯片CC2540核心芯片进行设计。
外围电路主要包括两个时钟、电源电路、阻抗匹配电路、通信接口电路、天线等。
片内供压方式:
1.8V的稳压器外加去耦电容；现实中可以用40号管脚外加1μf的电容来实现。
两时钟电路中，一个时钟电路用工作频率为32.768kHz的石英晶振和两个均为15pF的电容实现，石英晶振接芯片管脚33和32，另一个时钟电路由一个工作频率为32MHz的石英晶振和两个分别为22pF和12pF的电容实现，32MHz的石英晶振接芯片管脚22和23。
其实物图如下图所示
图3CC2540蓝牙模块
nRF24L01芯片简介
图4nRF24l01内部结构原理及管脚
表5nRF2401管脚功能
管脚
名称
管脚功能
备注
1
CE
数字输入
用于激活芯片的接受或发送模式
2
DR2
数字输出
数据通道2接收数据准备好输出，表示可以接受数据
3
CLK2
数字输入/输出
接收数据通道的时钟输出/输入
4
DOUT2
数字输出
接收数据通道2的输出
5
CS
数字输入
片选用于激活配置模式
6
DR1
数字输出
该脚输出可用于表示数据通道1接收数据准备好
7
CLK1
数据输入/输出
在数据通道1的3-线接口发送时钟输入和接收的时钟输出/输入
8
DATA
数字输入/输出
接收通达1/发送数据输入/3-线接口
9
DVDD
功率
数字电源正端，使用时应退耦
10
VSS
功率
接地（0V）
11
XC2
模拟输出
晶振接入端
12
XC1
模拟输入
晶振接入端
13
VDD_PA
功率输出
功率放大器电源端
14
ANT1
射频
天线接口1
15
ANT2
射频
天线接口2
16
VSS_PA
功率
接地（0V）
17
VDD
功率
+3VDC电源端
18
VSS
功率
接地（0V）
19
IREF
模拟输入
参考电流输入端
20
VSS
功率
接地（0V）
21
VDD
功率
+3VDC电源端
22
VSS
功率
接地（0V）
23
PWR_UP
数字输入
功率上限
24
VDD
功率
+3VDC电源端
nRF24L01其实物如下图
图5nRF24l01无线模块
用nRF24l01芯片设计无线收发系统主要包括四部分：
射频收发部分、单片机控制部分、接口电路和电源部分
nRF与CC2540蓝牙芯片的比较结果
（1）硬件方面
CC2540方案：
一般由多个芯片组成，即由PLL,发射接收处理，基带处理等多个芯片组成，所以硬件相对nRF复杂一点，不过总体来说外围电路实现还是不是那么困难。
nRF方案：
只需要数个外围元件。
（2）接口方式
CC2540对时序要求比较严格。
nRF需要与单片机SPI或I/O连接。
（3）编程
CC2540:
通信协议和软件堆栈比较复杂，不过CC2540内部已经集成了低功耗蓝牙协议栈和基本软件，所以使用起来简单方便。
nRF：
提供了实用化的源代码，使编程相对方便一点
（4）功耗
因CC2540有3中功率模式，且模式之间切换时间短、方便。
所以功耗比较低。
结论：
通过以上性能比较。
个人比较倾向于使用CC2540蓝牙芯片。
首先CC2540芯片属于低功耗芯片，而且还是一个真正意义上的片上系统，并且显著降低了成本和物理尺寸。
从上面的表格可以看出CC2540各种模式下的功耗电流都特别小，使用寿命长久，所以比较符合我们要求的低功耗设计。
而且其还支持固件升级，可在片上存储数据，其灵活性将不断地提高，同时由于CC2540芯片集成了低功耗蓝牙协议栈，具有基本的软件，这样使用起来比较方便。
CC2540芯片还内置了微控制处理器，相比于nRF2401性能更好一点。
综合考虑，个人认为CC2540更适合我们所需。
蓝牙天线的类型：
（1）倒F型天线
顾名思义，倒F型天线因其结构与倒置的英文字母F相似而得名。
如图5所示。
其中（L+H）只有四分之一波长而且在其结构中已经包含有接触地金属面，可以降低对模块中接地金属米难的敏感度，所以非常适合用在蓝牙模块装置中。
另外一方面，由于倒F型天线只需要利用金属导体配合适当的馈线及天线短路到接地面的位置，故其制作成本低，而且可以直接与pcb电路板焊接在一起，一体化设计。
图5倒F型天线
优点：
结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等。
（2）曲流型天线
因其长度比较难以确定，长度一般比四分之一波长稍长。
（3）陶瓷天线
陶瓷天线是另外一种适合于蓝牙装置使用的小型化天线。
陶瓷天线的种类分为块状陶瓷天线和多层陶瓷天线。
块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部分印在陶瓷块的表面上。
多层天线烧制采用低温共烧的方式讲多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结，所以天线的金属导体可以根据设计需要印在每一层陶瓷介质层上，如此一来可以有效缩小天线尺寸，并能达到隐藏天线目的。
由于陶瓷本身介电常数较pcb电路板高，所以使用陶瓷天线能有效缩小天线尺寸，在介电损耗方面，陶瓷介质也比pcb电路板的介电损失小，所以非常适合低耗电率的的蓝牙模块中使用。
陶瓷天线尺寸一般1210封装相当，效果要强于板载天线。
使用亦比较方便，一般有ANT接入脚和地脚，在pcb设计时，天线周围要净空就可以了，特别注意不能敷铜。
（4）2.4G棒状天线
该天线体积大，但传输距离较其他天线要好。
上述四种天线类型都是比较常用的，但在此次无线蓝牙模块设计中，个人比较倾向于倒F天线。
这是因为印制倒F天线重量轻、体积小、低剖面和易集成等特点,而且其在短距离无线应用上使用很广泛。
所以此次设计也将使用印制倒F天线。
上文所述的CC2540蓝牙模块和nRF24L01无线收发模块都集成了印制倒F天线。
所以综合考虑成本、效率、难易度等方面的因素，个人选择印制倒F天线。
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