摘 要：本文首先介紹了單片射頻收發器nRF905的芯片結構、引腳功能、工作模式以及射頻接收和發送的工作流程；然后分析了nRF905片內SPI接口的配置、射頻通信相關寄存器的配置；最后給出了典型的應用電路圖。
關鍵詞：無線通信；射頻；收發器；nRF905
1. 引言
nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝(5×5mm)，工作于433/868/915MHz三個ISM(工業、科學和醫學)頻道，頻道之間的轉換時間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。
2. 芯片結構、引腳介紹及工作模式
2.1芯片結構[1]
nRF905片內集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內硬件完成，無需用戶對數據進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。
2.2引腳介紹
表1：nRF905引腳
2.3工作模式
nRF905有兩種工作模式和兩種節能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發送模式，兩種節能模式分別是關機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定，詳見表2。
2.3.1ShockBurstTM模式
與射頻數據包有關的高速信號處理都在nRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當一個包含正確地址和數據的數據包被接收到后，地址匹配(AM)和數據準備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發送模式，nRF905自動產生字頭和CRC校驗碼，當發送過程完成后，數據準備好引腳通知微處理器數據發射完畢。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發模式有利于節約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。下面具體詳細分析nRF905的發送流程和接收流程。
2.3.1.1發送流程
典型的nRF905發送流程分以下幾步：
A. 當微控制器有數據要發送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協議和器件配置時確定；
B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurstTM發送模式；
C. nRF905的ShockBurstTM發送：
l 射頻寄存器自動開啟；
l 數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；
l 發送數據包；
l 當數據發送完成，數據準備好引腳被置高；
D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發，直到TRX_CE被置低；
E. 當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。
ShockBurstTM工作模式保證，一旦發送數據的過程開始，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發送過程都會被處理完。只有在前一個數據包被發送完畢，nRF905才能接受下一個發送數據包。
2.3.1.2接收流程
A. 當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式；
B. 650us后，nRF905不斷監測，等待接收數據；
C. 當nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；
D. 當接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；
E. 當一個正確的數據包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳置高
F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；
G. 微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；
H. 當所有的數據接收完畢，nRF905把數據準備好引腳和地址匹配引腳置低；
I. nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發送模式或關機模式。
當正在接收一個數據包時，TRX_CE或TX_EN引腳的狀態發生改變，nRF905立即把其工作模式改變，數據包則丟失。當微處理器接到地址匹配引腳的信號之后，其就知道nRF905正在接收數據包，其可以決定是讓nRF905繼續接收該數據包還是進入另一個工作模式。
2.3.2節能模式
nRF905的節能模式包括關機模式和節能模式。
在關機模式，nRF905的工作電流最小，一般為2.5uA。進入關機模式后，nRF905保持配置字中的內容，但不會接收或發送任何數據。
空閑模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發送模式或接收模式的啟動時間也比較短。在空閑模式下，nRF905內部的部分晶體振蕩器處于工作狀態。nRF905在空閑模式下的工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關。
3. 器件配置
所有配置字都是通過SPI接口送給nRF905。SIP接口的工作方式可通過SPI指令進行設置。當nRF905處于空閑模式或關機模式時，SPI接口可以保持在工作狀態。
3.1 SPI接口配置
SPI接口由狀態寄存器、射頻配置寄存器、發送地址寄存器、發送數據寄存器和接收數據寄存器5個寄存器組成。狀態寄存器包含數據準備好引腳狀態信息和地址匹配引腳狀態信息；射頻配置寄存器包含收發器配置信息，如頻率和輸出功能等；發送地址寄存器包含接收機的地址和數據的字節數；發送數據寄存器包含待發送的數據包的信息，如字節數等；接收數據寄存器包含要接收的數據的字節數等信息。
3.2射頻配置
射頻寄存器的各位的長度是固定的。然而，在ShockBurstTM收發過程中，TX_PAYLOAD、RX_PAYLOAD、TX_ADDRESS和RX_ADDRESS 4個寄存器使用字節數由配置字決定。nRF905進入關機模式或空閑模式時，寄存器中的內容保持不變。
4. 應用電路
nRF905在使用中，根據不同需要，其電路圖不盡相同，圖2所示為典型的應用原理圖，該電路天線部分使用的是50Ω單端天線。在nRF905的電路板設計中，也可以使用環形天線，把天線布在PCB板上，這可減小系統的體積。
5. 結束語
nRF905通過SPI接口和微控制器進行數據傳送，通過ShockBurstTM收發模式進行無線數據發送，收發可靠，使用方便，在工業控制、消費電子等各個領域都具有廣闊的應用前景。