AGND DGND DVDD GPIO3 GPIO1 GPIO2 XO XI +20 dbm 大功率 Sub-1GHz 射频发射器 特性 频率范围 :127 至 1020 MHz 调制解调方式 :OOK, (G)FSK 和 (G)MSK 数据率 : 0.5 至 300 kbps 电压范围 :1.8 至 3.6 V 发射电流 : 23 ma @ 13 dbm, 433.92 MHz, FSK 72 ma @ 20 dbm, 433.92 MHz, FSK 支持 Auto Tx 模式 睡眠电流 300 na ( 深度睡眠 ) 800 na ( 自动运转 ) 3-wire SPI 接口 支持直通及包模式 可配置包处理机及 64-Byte FIFO 不归零, 曼切斯特, 数据白化编解码 支持前向纠错 16 管脚 QFN3x3 封装 应用 家居安防及楼宇自动化 ISM 波段数据通讯 工业监控及控制 遥控及安防系统 遥控钥匙进入 无线传感器节点 标签读写器 订购信息 最小起订 型号 频率 封装 量 -EQR 433.92 MHz QFN16 3,000 pcs 更多订购信息 : 见第 27 页表 29 描述 是一款最大输出 20 dbm 功率 高性能 适用于 各种 127 至 1020 MHz 无线应用的 OOK (G)FSK 射频发射 器 它是 CMOSTEK NextGenRF TM 射频产品线的一部分, 这 条产品线包含完整的发射器, 接收器和收发器 是 QFN16 (3X3) 高集成度, 简化了系统设计中所需的外围物料 高达 +20 dbm 的发射功率, 提升了应用的链路性能 它支持多种数据包格式 及编解码方式, 使得它可以灵活的满足各种应用对不同数据 16 15 14 13 包格式及编码的需求 另外, 还支持 64-byte Tx NC 1 12 FCSB FIFO, 丰富的 GPIO 及中断配置,Auto Tx 运行模式, 低电压检测, 上电复位, 低频时钟输出, 手动快速跳频等功能, 使得 NC PA 2 3 17 GND 11 10 CSB SDIO 应用设计更加灵活, 实现产品差异化设计 工作 AVDD 4 9 SCLK 于 1.8 V 至 3.6 V,+13 dbm 输出功率情况下仅消耗 23 ma 5 6 7 8 发射电流, 在 +20 dbm 输出功率情况下消耗 77 ma 发射电 流 顶视图 Copyright By CMOSTEK 版本 0.5 页 1/32
目录 1. 电气特性... 4 1.1 推荐运行条件... 4 1.2 绝对最大额定值... 4 1.3 功耗... 5 1.4 发射机... 5 1.5 稳定时间... 6 1.6 频率综合器... 6 1.7 低电压检测... 6 1.8 晶体... 7 1.9 低频振荡器... 7 1.10 数字接口... 7 1.11 典型参数图表... 8 2. 管脚描述... 10 3. 典型应用原理图...11 4. 功能描述... 12 4.1 发射器... 12 4.2 辅助模块... 12 4.2.1 晶体振荡器... 12 4.2.2 睡眠计时器... 13 4.2.3 低电压检测... 13 4.2.4 快速手动跳频... 13 5. 芯片运行... 14 5.1 SPI 接口... 14 5.2 FIFO... 14 5.2.1 FIFO 读操作... 14 5.2.2 FIFO 写操作... 15 5.2.3 FIFO 相关中断... 15 5.3 工作状态, 时序及功耗... 16 5.3.1 启动时序... 16 5.3.2 工作状态... 16 5.4 GPIO 和中断... 18 6. 数据包及包处理机... 20 6.1 数据包格式... 20 6.2 数据模式... 20 6.2.1 直通模式... 21 6.2.2 包模式... 21 7. 自动运行模式... 22 8. 用户寄存器... 23 版本 0.5 页 2/32
8.1 CMT 区... 23 8.2 系统区... 24 8.3 频率区... 24 8.4 数据率区... 24 8.5 基带区... 25 8.6 发射区... 25 8.7 控制 1 区... 25 8.8 控制 2 区... 26 9. 订购信息... 27 10. 封装信息... 28 11. 顶部丝印... 29 11.1 顶部丝印... 29 12. 其它文档... 30 13. 文档变更记录... 31 14. 联系信息... 32 版本 0.5 页 3/32
1. 电气特性 V DD = 3.3 V,T OP = 25 C,F RF = 433.92 MHz 除非另行声明, 所有结果都是在评估板 -EM 上测试得到 1.1 推荐运行条件 表 1. 推荐运行条件 参数 符号 条件 最小 典型 最大 单位 运行电源电压 V DD 1.8 3.6 V 运行温度 T OP -40 85 电源电压斜率 1 mv/us 1.2 绝对最大额定值 表 2. 绝对最大额定值 [1] 参数 符号 条件 最小 最大 单位 电源电压 V DD -0.3 3.6 V 接口电压 V IN -0.3 3.6 V 结温 T J -40 125 储藏温度 T STG -50 150 焊接温度 T SDR 持续至少 30 秒 255 [2] ESD 等级 人体模型 (HBM) -2 2 kv 栓锁电流 @ 85-100 100 ma 备注 : [1]. 超过 绝对最大额定参数 可能会造成设备永久性损坏 该值为压力额定值, 并不意味着在该压力条件下设备功能受影 响, 但如果长时间暴露在绝对最大额定值条件下, 可能会影响设备可靠性 [2]. 是高性能射频集成电路, 对本芯片的操作和装配只应该在具有良好 ESD 保护的工作台上进行 警告! ESD 敏感器件. 对芯片进行操作的时候应注意做好 ESD 防范措施, 以免芯片的性能下降或者 功能丧失 版本 0.5 页 4/32
1.3 功耗 表 3. 功耗规格 Sleep 电流 参数符号条件最小典型最大参数 I SLEEP 睡眠模式, 睡眠计数器关闭 300 na 睡眠模式, 睡眠计数器开启 800 na Standby 电流 I Standby 晶体振荡器开启 1.45 ma 433 MHz 5.6 ma TFS 电流 TX 电流 I TFS I Tx 868 MHz 5.9 ma 915 MHz 5.9 ma FSK, 433 MHz, +20 dbm 72 ma FSK, 433 MHz, +13 dbm 23 ma FSK, 433 MHz, +10 dbm 18 ma FSK, 433 MHz, -10 dbm 8 ma FSK, 868 MHz, +20 dbm 87 ma FSK, 868 MHz, +13 dbm 27 ma FSK, 868 MHz, +10 dbm 19 ma FSK, 868 MHz, -10 dbm 8 ma FSK, 915 MHz, +20 dbm 70 ma FSK, 915 MHz, +13 dbm 28 ma FSK, 915 MHz, +10 dbm 19 ma FSK, 915 MHz, -10 dbm 8 ma 1.4 发射机 表 4. 发射机规格 参数 符号 条件 最小 典型 最大 参数 输出功率 P OUT 不同的频段需要特定的外围物料 -20 +20 dbm 输出功率步进 P STEP 1 db GFSK 高斯滤波系数 BT 0.3 0.5 1.0 - 不同温度下输出功率变化 P OUT-TOP 温度从 -40 至 +85 C 1 db 发射杂散辐射 F RF = 433 MHz 的谐波输出 F RF = 868 MHz 的谐波输出 F RF = 915 MHz 的谐波输出 F RF = 433 MHz 的谐波输出 F RF = 868 MHz 的谐波输出 P OUT = +13 dbm,433mhz,f RF < 1 GHz -42 dbm 1 GHz 至 12.75 GHz, 含谐波 -36 dbm H2 433 2 次谐波,+20 dbm P OUT -46 dbm H3 433 3 次谐波,+20 dbm P OUT -50 dbm H2 868 2 次谐波,+20 dbm P OUT -43 dbm H3 868 3 次谐波,+20 dbm P OUT -52 dbm H2 915 2 次谐波,+20 dbm P OUT -48 dbm H3 915 3 次谐波,+20 dbm P OUT -53 dbm H2 433 2 次谐波,+13 dbm P OUT -52 dbm H3 433 3 次谐波,+13 dbm P OUT -52 dbm H2 868 2 次谐波,+13 dbm P OUT -52 dbm H3 868 3 次谐波,+13 dbm P OUT -52 dbm 版本 0.5 页 5/32
参数符号条件最小典型最大参数 H2 915 2 次谐波,+13 dbm P OUT -52 dbm F RF = 915 MHz 的谐波输出 H3 915 3 次谐波,+13 dbm P OUT -52 dbm 1.5 稳定时间 表 5. 稳定时间 参数 符号 条件 最小 典型 最大 参数 T SLP-TX 从 Sleep 到 TX 1000 us 稳定时间 T STB-TX 从 Standby 到 TX 300 us T TFS-TX 从 TFS 到 TX 10 us 1.6 频率综合器表 6. 频率综合器规格 参数 符号 条件 最小 典型 最大 参数 760 1020 MHz 380 510 MHz 频率范围 F RF 需要不同的匹配网络 190 340 MHz 127 170 MHz 综合器频率分辨率 F RES 25 Hz 频率调谐时间 t TUNE 150 us 10 khz 频率偏移 -94 dbc/hz 100 khz 频率偏移 -99 dbc/hz 相位噪声 @ 433 MHz PN 433 500 khz 频率偏移 -118 dbc/hz 1 MHz 频率偏移 -127 dbc/hz 10 MHz 频率偏移 -134 dbc/hz 10 khz 频率偏移 -92 dbc/hz 100 khz 频率偏移 95 dbc/hz 相位噪声 @ 868 MHz PN 868 500 khz 频率偏移 -114 dbc/hz 1 MHz 频率偏移 -121 dbc/hz 10 MHz 频率偏移 -130 dbc/hz 10 khz 频率偏移 -89 dbc/hz 100 khz 频率偏移 -92 dbc/hz 相位噪声 @ 915 MHz PN 915 500 khz 频率偏移 -111 dbc/hz 1 MHz 频率偏移 -121 dbc/hz 10 MHz 频率偏移 -130 dbc/hz 1.7 低电压检测 表 7. 低电压检测规格 参数符号条件最小典型最大参数 低电压检测精度 LBD RES 50 mv 版本 0.5 页 6/32
1.8 晶体 表 8. 晶体规格 参数 符号 条件 最小 典型 最大 参数 [1] 晶体频率 F XTAL 26 MHz [2] 晶体频率容差 ppm 20 ppm 负载电容 C LOAD 15 pf 晶体等效电阻 Rm 60 Ω [3] 晶体启动时间 t XTAL 400 us 备注 : [1]. 可以直接用外部参考时钟通过耦合电容驱动 XI 管脚工作 外部时钟信号的峰峰值要求在 0.3 到 0.7 V 之 间 [2]. 该值包括 (1) 初始误差 ;(2) 晶体负载 ;(3) 老化 ; 和 (4) 随温度的改变 可接受的晶体频率误差受限于接收机的带宽 和与之搭配的发射器之间射频频率偏差 [3]. 该参数很大程度上与晶体相关 1.9 低频振荡器 表 9. 低频振荡器规格 参数 符号 条件 最小 典型 最大 参数 [1] 校准频率 F LPOSC 32 khz 频率精确度 校准以后 1 % [2] 温度系数 -0.02 %/ C [3] 电源电压系数 +0.5 %/V 初始校准时间 t LPOSC-CAL 4 ms 备注 : [1]. 低频振荡器在 PUP 阶段自动校准到晶体振荡器频率, 并周期性的在这个阶段校准 [2]. 校准后频率随着温度变化的漂移 [3]. 校准后频率随着电源电压改变而漂移 1.10 数字接口 表 10. 数字接口规格 参数 符号 条件 最小 典型 最大 参数 数字信号输入高电平 V IH 0.8 V DD 数字信号输入低电平 V IL 0.2 V DD 数字信号输出高电平 V OH @I OH = -0.5 ma Vdd-0.4 V 数字信号输出低电平 V OL @I OL = 0.5 ma 0.4 V SCL 频率 F SCL 5 MHz SCL 为高时间 T CH 50 ns SCL 为低时间 T CL 50 ns SCL 上升沿时间 T CR 50 ns SCL 下降沿时间 T CF 50 ns 版本 0.5 页 7/32
Tx Power(dBm) Tx Power(dBm) 1.11 典型参数图表 1.11.1 发射功率与供电电压曲线图 20.0 19.0 18.0 17.0 16.0 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 10.0 Tx Power vs. Supply Voltage 20dBm 13dBm 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 Supply Voltage(V) 测试条件 :Freq = 434 MHz, 20 dbm / 13 dbm 匹配网络 20.0 19.0 18.0 17.0 16.0 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 10.0 9.0 Tx Power vs. Supply Voltage 13dBm 20dBm 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.1 2.0 1.9 1.8 Supply Voltage(V) 测试条件 :Freq = 868 MHz, 20 dbm / 13 dbm 匹配网络 版本 0.5 页 8/32
Power (dbm) Power (dbm) 1.11.2 发射相位噪声 20 output 13dBm 433.92MHz Phase Niose att30db span=4mhz 0-20 433.92, 13.4dBm -40-60 -80-100 431.92 432.42 432.92 433.42 433.92 434.42 434.92 435.42 435.92 center 433.92MHz sweep 5s (2000pts ) Res BW 1kHz output 13dBm 868MHz Phase Niose span=4mhz 20 0 att30db 868, 12.4dBm -20-40 -60-80 -100 866 866.5 867 867.5 868 868.5 869 869.5 870 center 868MHz sweep 5s (2000pts ) Res BW 1kHz 版本 0.5 页 9/32
AGND DGND DVDD GPIO3 GPIO1 GPIO2 XO XI 2. 管脚描述 16 15 14 13 NC 1 12 FCSB NC PA 2 3 17 GND 11 10 CSB SDIO AVDD 4 9 SCLK 5 6 7 8 图 1. 管脚排列表 11. 管脚描述 管脚号 名称 I/O 功能说明 1 NC - 悬空 2 NC - 悬空 3 PA O PA 输出 4 AVDD IO 模拟 VDD 5 AGND IO 模拟 GND 6 DGND IO 数字 GND 7 DVDD IO 数字 VDD 8 [1] GPIO3 IO 可配置为 :CLKO,INT2,DCLK (TX) 9 SCLK I SPI 的时钟 10 SDIO IO SPI 的数据输入和输出 11 CSB I SPI 访问寄存器的片选 12 FCSB I SPI 访问 FIFO 的片选 13 XI I 晶体电路输入 14 XO O 晶体电路输出 15 [1] GPIO2 IO 可配置为 :INT1,INT2,DCLK (TX) 16 [2] GPIO1 IO 可配置为 :DIN,INT1,INT2,DCLK (TX) 17 GND I 模拟 GND, 必须接地 备注 : [1]. INT1 和 INT2 是指两个中断功能 ;DCLK(TX) 是调制数据率同步时钟, 在 TX 模式切换时自动切换 [2]. DIN 是直通模式下外部调制数据输入端口, 只有 GPIO1 管脚具备此功能 版本 0.5 页 10/32
3. 典型应用原理图 图 2. 典型应用原理图 表 12. 典型应用物料清单 元件值 标号 描述 433 MHz +20 dbm 868 MHz +20 dbm 915 MHz +20 dbm 单位 供应商 C1 ±5%, 0603 NP0, 50 V 15 18 18 pf - C2 ±5%, 0603 NP0, 50 V 3 3.6 3.6 pf - C3 ±5%, 0603 NP0, 50 V 6.2 3.3 3.3 pf - C4 ±5%, 0603 NP0, 50 V 27 27 27 pf - C5 ±5%, 0603 NP0, 50 V 27 27 27 pf - C6 ±5%, 0603 NP0, 50 V 4.7 2 1.8 pf - C7 ±5%, 0603 NP0, 50 V 0.1 uf - C8 ±5%, 0603 NP0, 50 V 4.7 uf - C9 ±5%, 0603 NP0, 50 V 470 pf - C10 ±5%, 0603 NP0, 50 V 0.1 uf - L1 ±5%, 0603 叠层贴片电感 180 100 100 nh Sunlord SDCL L2 ±5%, 0603 叠层贴片电感, 22 12 12 nh Sunlord SDCL L3 ±5%, 0603 叠层贴片电感 15 15 15 nh Sunlord SDCL L4 ±5%, 0603 叠层贴片电感 33 6.2 6.2 nh Sunlord SDCL L5 ±5%, 0603 叠层贴片电感 33 6.2 6.2 nh Sunlord SDCL L6 ±5%, 0603 叠层贴片电感 27 15 15 nh Sunlord SDCL Y1 ±10 ppm, SMD32*25 mm 26 MHz EPSON U1, +20 dbm 大功率 Sub-1GHz 射频 发射器 - - CMOSTEK 版本 0.5 页 11/32
4. 功能描述 是一款适用于 127 至 1020 MHz 应用的高性能, 支持 OOK (G)FSK 和 (G)MSK 调制方式的发射芯片 该产品属于 CMOSTEK NextGenRF TM 系列, 该系列产品包括发射器 接收器和收发器等完整的产品系列 的内部系统框图如下图所示 XIN XOUT LFOSC LDOs POR Bandgap VDD GND EEPROM PA PA VCO D-DIV LOOP FILTER CP M-DIV PFD 26 Mhz XO Radio Controller SPI, FIFO Interface FCSB CSB SCL SDA AFC LOOP MODEM Packet Handler FIFO IO Ctrl GPIO 1 GPIO 2 GPIO 3 图 3. 功能系统框图在发射机系统内, 数字电路会对数据进行编码打包处理, 并将处理后的数据送到调制器 ( 也可不经过编码打包, 直接送到调制器 ), 调制器会直接控制 PLL 和 PA, 对数据进行 (G)FSK 或者 OOK 调制并发射出去 4.1 发射器 发射器是基于射频频率直接综合的发射器 其载波频率是由一个低噪声小数分频频率综合器产生 dbm 调制数据由一个高效的单端功率放大器 (PA) 发射出去 输出功率可以通过寄存器读写, 以 1 db 的步进从 -10 dbm 配置到 +20 当 PA 快速开关时, 其改变的输入阻抗瞬间干扰 VCO 的输出频率, 此效应成为 VCO 牵引, 它会在所需载波附近产生频谱的杂 散和毛刺 通过缓慢升降 (Ramping)PA 输出功率,PA 的瞬时毛刺可以减到最小 内建 PA 缓慢升降的机制, 当 PA Ramp 打开时,PA 输出功率可以在设置的速率缓慢升降值所需的幅度, 以降低不需要的频谱成分 根据不同的应用需求, 用户可以设计一个 PA 匹配网络在所需的输出功率底下优化发射效率 典型应用原理图和所需的 BOM 陈述与第三章 典型应用原理图 更多的应用原理图细节和版图指南, 请参考 AN168 原理图及 PCB 版图设计指 南 发射器可以工作在直通模式和包模式下 在直通模式下, 待发射的数据直接通过芯片的 DIN 管脚送入芯片, 并直接发射 在包模式下, 数据可以在 STBY TFS 和 Tx 状态下预先装入芯片的 FIFO 中, 再配合其他的包元素一起发射出去 4.2 辅助模块 4.2.1 晶体振荡器 晶体振荡器用于为锁相环提供基准时钟, 为数字模块提供系统时钟 负载电容取决于晶体指定 CL 参数 XI 与 XO 之间的总的负载电容应该等于 CL, 以使晶体准确振荡在 26 MHz 版本 0.5 页 12/32
1 C L = + C 1 C11 + 1 C12 par + 2. 5pF C9 和 C10 分别为晶体两端挂的负载电容,Cpar 为 PCB 上的寄生电容 芯片内部加的 5 pf 电容, 差分等效就是 2.5 pf 晶体 的等效串联电阻应在指定规格之内, 以使晶体能有一个可靠的起振 也可以用一个外部信号源连接至 XI 管脚来取代传统的晶体 这个时钟信号推荐峰峰值在 300 mv 到 700 mv 之间, 并用电容耦合值 XI 管脚 4.2.2 睡眠计时器 集成了一个由 32 khz 低功耗振荡器 (LPOSC) 驱动的睡眠计时器 当该功能使能时, 该计时器周期性的将芯片从睡眠中唤醒 当芯片工作于周期运行模式时, 睡眠时间可以配置从 0.03125 ms 至 41,922,560 ms 由于低功耗振荡器的频率会随着温度和电压的改变而漂移, 它会在上电阶段自动校准, 并且会被周期性的校准 这些校准会使得该振荡器的频率容差保持在 ±1% 以内 4.2.3 低电压检测 芯片设置了低电压检测的功能 每当芯片调谐到某个频率时, 该检测就会进行一次 当芯片从 SLEEP/STBY 状态跳转到 TFS/TX 状态时都会进行频率调谐 检测结果可以通过 LBD_VALUE 寄存器读取 如果 LBD_STOP_EN 设为 1, 当检测到电源电压低于预设的值时, 芯片会停止在 LOW_VDD(CHIP_MODE_STA<3:0> = 1000, Addr=0x61) 阶段, 等待 MCU 通过 SPI 发送让芯片切换到 SLEEP 或 Standby 模式的命令 4.2.4 快速手动跳频 在需要多信道的应用当中, 用户不需要每次改变频率就配置复杂的寄存器, 而只需要在基础频率上配置一个寄存器就可以实现 FREQ = 基础频点 + 2. 5 khz FH_OFFSET < 7: 0 > FH_CHANNEL < 7: 0 > 一般来说, 用户可以先在上电初始化配置的阶段, 将 FH_OFFSET<7:0>(Addr=0x64) 设置好, 然后在应用中通过不停地改动 FH_CHANNEL<7:0> (Addr=0x63) 来切换频道就可以 版本 0.5 页 13/32
5. 芯片运行 5.1 SPI 接口 MCU 和芯片之间的通讯是通过 4 线 SPI 接口进行的 低有效的 CSB 意味着 MCU 要访问芯片的寄存器 低有效的 FCSB 意味着 MCU 要访问芯片的 FIFO CSB 和 FCSB 不能同时为低 SCLK 是串口时钟 对于 MCU 和芯片, 数据总是在 SCLK 的下降沿发射, 上升沿采样 SDIO 是一个双向的数据管脚 地址和数据总是从 MSB 开始发送 当访问寄存器的时候, 需要发一个 R/W( 读 / 写 ) 位, 随后是 7 位寄存器地址 在送入 R/W 位之前,MCU 必须将 CSB 拉低至 少半个 SCLK 周期 当发送最后一个 SCLK 下降沿以后, MCU 必须至少等待半个 SCLK 周期才能再将 CSB 拉高 > 0.5 SCLK cycle > 0.5 SCLK cycle CSB FCSB SCLK SDIO X 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 X r/w = 1 register address register read data 图 4. SPI 读寄存器时序 > 0.5 SCLK cycle > 0.5 SCLK cycle CSB FCSB SCLK SDIO X 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 X r/w = 0 register address register write data 图 5. SPI 写寄存器时序 5.2 FIFO FIFO 用来在 Tx 模式中存储即将发射的数据 FIFO 可以通过 SPI 接口读取 用户可以通过设置 FIFO_CLR_TX (Addr=0x6C) 位来清空 FIFO 并且, 用户可以通过设置 FIFO_RESTORE 来重复发射之前填入的数据, 无需重新填入数据 通过设置寄存器 FIFO_MERGE_EN(Addr=0x69), 用户可以选择只使用 32 字节或 64 字节不同的 FIFO 深度 当 FIFO 是 64 字节的时候, 它表示能存入芯片的最大字节数为 64 字节 5.2.1 FIFO 读操作当从 FIFO 读取数据时, 每读一个字节, 内部读指针就会自动增加 1 MCU 必须将 FCSB 拉低一个 SCLK 周期才能释放第一个 SCLK 的上升沿 在发出最后一个 SCLK 下降沿以后,MCU 必须等待至少 2 us 才能将 FCSB 拉回高电平 并且, 在读取 FIFO 的下一个字节之前,FCSB 需要拉高至少 4 us 它使得芯片可以根据现状产生相应的 FIFO 中断 版本 0.5 页 14/32
> 1 SCLK cycle > 2 us > 4 us > 1 SCLK cycle > 2 us CSB FCSB SCLK SDIO X 7 6 5 4 3 2 1 0 X 7 6 5 4 3 2 1 0 X FIFO read data FIFO read data 图 6. SPI 读取 FIFO 时序 5.2.2 FIFO 写操作当写入 FIFO 的时候, 每写入一个字节, 内部读指针就会自动增加 1 SDIO 上的数据在 SCLK 的上升沿采集 MCU 必须将 FCSB 拉低一个 SCLK 周期才能释放第一个 SCLK 的上升沿 在发出最后一个 SCLK 下降沿以后,MCU 必须等待至少 2 us 才能将 FCSB 拉回高电平 并且, 在写入 FIFO 的下一个字节之前,FCSB 需要拉高至少 4 us 它使得芯片可以根据现状产生相应的 FIFO 中断 > 1 SCLK cycle > 2 us > 4 us > 1 SCLK cycle > 2 us CSB FCSB SCLK SDIO X 7 6 5 4 3 2 1 0 X 7 6 5 4 3 2 1 0 X FIFO write data FIFO write data 图 7. SPI 写入 FIFO 时序 5.2.3 FIFO 相关中断 示 提供了丰富的与 FIFO 相关的中断源, 作为芯片高效的运作的辅助手段, 其中 Tx 相关的 FIFO 中断时序如下图所 TX DATA Prefix Pream Sync 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 0 TX_FIFO_NMTY TX_FIFO_TH (FIFO_TH = 16) TX_FIFO_FULL FIFO ARRAY EMPTY 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 FULL 图 8. TX FIFO 中断时序示意图 版本 0.5 页 15/32
5.3 工作状态, 时序及功耗 5.3.1 启动时序 芯片在 VDD 上电后, 通常需要等待大概 1ms 的时间,POR 才会释放 POR 释放之后, 晶体也会启动, 启动时间默认为 N ms, 根据晶体本身特性而定 ; 启动后需要等待晶体稳定系统才能开始工作, 默认设置的稳定时间是 2.48 ms, 这个时间在后面可以通过写入 XTAL_STB_TIME <2:0>(Addr=0x0E) 进行修改 在晶体稳定之前, 芯片都会停留在 IDLE 状态 在晶体的稳定之后, 芯片就会离开 IDLE, 开始做各个模块的校正 芯片完成校正后就会停留在 SLEEP, 等待用户进行初始化配置 在任何时候, 只要进行复位, 芯片就会回到 IDLE 并重新进行一次上电流程 VDD POR POR Release <= 1 ms XTAL Start up <= N ms XTAL Stablize <= 2.5 ms Block Calibrations <= 6.5 ms Enters the SLEEP State Ready for customer initializing 图 9. 上电时序 当校准完成后芯片进入 SLEEP 模式, 从这时开始,MCU 可以通过设置寄存器 CHIP_MODE_SWT<7:0>(Addr=0x60) 将芯 片切换至不同的运行状态 5.3.2 工作状态 一共有 5 种工作状态 :IDLE, SLEEP, STBY, TFS 和 TX, 如下表所列 表 13. 状态和模块开启表 状态 二进制码 切换命令 开启模块 可选择开启模块 IDLE 0000 soft_rst SPI, POR 无 SLEEP 0001 go_sleep SPI, POR, FIFO LFOSC, Sleep Timer STBY 0010 go_stby SPI, POR, XTAL, FIFO CLKO TFS 0100 go_tfs SPI, POR, XTAL, PLL, FIFO CLKO TX 0110 go_tx SPI, POR, XTAL, PLL, PA, FIFO CLKO 版本 0.5 页 16/32
IDLE 0000 Power up SLEEP 0001 go_stby go_sleep go_tx go_sleep go_tfs STBY 0010 go_stby go_tfs go_sleep go_tx go_stby TFS 0010 go_tfs go_tx TX 0110 图 10. 状态切换图 SLEEP 状态在 SLEEP 下芯片的功耗是最低的, 几乎所有的模块都关闭了 SPI 是开启的, 配置区和控制区 1 的寄存器可以被访问,FIFO 之前被填入的内容, 也会保持不变, 但是 FIFO 不能被操作 如果用户打开了定时唤醒的功能, 那么 LFOSC 和睡眠计数器就会开启并工作 从 IDLE 切换到 SLEEP 所需要的时间就是上面介绍的上电流程时间 从其余状态切换到 SLEEP 都会立即完成 STBY 状态在 STBY 下, 晶体开启了, 数字电路的 LDO 也会开启, 电流会稍微增加,FIFO 可以被操作 用户可以选择是否输出 CLKO ( 系统时钟 ) 到 GPIOn 引脚上 由于晶体以及开启, 所以相比起 SLEEP, 从 STBY 切换到发射所需要的时间都会比较短 从 SLEEP 切换到 STBY 需要等待晶体开启和稳定的时间后才能完成 从其他状态切换到 STBY 会立即完成 TFS 状态 TFS 是切换到 TX 之前的一个过渡状态, 除了发射机的 RF 模块是关闭之外, 其它模块都开启了, 电流会比 STBY 大 从 STBY 切换到 TFS 大概需要 350 us 的 PLL 校正和稳定时间, 从 SLEEP 切换到 TFS 就需要加上晶体启动和稳定的时间, 从其它状态切换到 TFS 会立即完成 TX 状态在 TX 所有关于发射机的模块都会打开 从 TFS 切换到 TX 只需要 20 us 从 STBY 切换到 TX 需要加上 350 us 的 PLL 校正和稳定时间 从 SLEEP 切换到 TX 需要加上晶体启动和稳定的时间 版本 0.5 页 17/32
5.4 GPIO 和中断 有 3 个 GPIO, 每个 GPIO 都可以配置成不同的输入或者输出 ; 有 2 个中断口, 可以配置到不同的 GPIO 输出 表 14. GPIO 管脚号 名字 I/O 功能 16 GPIO1 IO 可配置为 :DIN,INT1,INT2,DCLK (TX) 15 GPIO2 IO 可配置为 :INT1,INT2,DCLK (TX) 8 GPIO3 IO 可配置为 :CLKO,INT2,DCLK (TX) 下面给出中断映射表,INT1 和 INT2 的映射是一样的, 下面以 INT1 为例做说明 表 15. 中断映射表 名称 INT1_SEL 描述 清除方式 TX_ACTIVE 00001 指示准备进入 TX 和已经进入 TX 的中断, 在 PLL 校正和 TX 状态下为 Auto 1, 其余时候为 0 SL_TMO 01000 指示 SLEEP 计数器超时的中断 by MCU TX_DONE 01010 指示 TX 完成的中断 by MCU TX_FIFO_NMTY 10000 指示 TX FIFO 非空的中断 Auto TX_FIFO_TH 10001 指示 TX FIFO 未读内容超过 FIFO TH 的中断 Auto TX_FIFO_FULL 10010 指示 TX FIFO 满的中断 Auto STATE_IS_STBY 10011 指示当前状态是 STBY 的中断 Auto STATE_IS_FS 10100 指示当前状态是 TFS 的中断 Auto STATE_IS_TX 10110 指示当前状态是 TX 的中断 Auto LBD 10111 指示低电压检测有效 (VDD 低于设置的 TH) 的中断 Auto 中断默认是 1 有效, 但是可以通过将 INT_POLAR(Addr=0x66) 这个寄存器比特设置成 1, 使所有中断都变成 0 有效 下面 还是以 INT1 为例, 画出了所有中断源的控制和选择图 对于控制和映射来说,INT1 和 INT2 也是一样的 版本 0.5 页 18/32
INT 1 _ CTL < 4 : 0 > TX _ ACTIVE 00001 GPO 3 _ SEL < 1 : 0 > 01000 GPIO 3 01010 Sleep Timeout Interrupt Source 0 SL _ TMO _ CLR 0 D Q 1 SL _ TMO _ FLG SL_ TMO_EN 10000 10001 10010 10011 INT _ POLAR 0 1 INT1 GPO 2 _ SEL < 1 : 0 > GPIO2 10100 GPO 1 _ SEL < 1 : 0 > 10110 10111 GPIO 1 Transmit Done Interrupt Source 0 TX _ DONE _ CLR 0 D Q 1 TX _ DONE _ FLG TX_ DONE_EN 0 其它 TX _ FIFO _ NMTY _ FLG TX _ FIFO _ TH _ FLG TX _ FIFO _ FULL _ FLG STATE _ IS _ STBY STATE _ IS _ FS LBD_ CLR STATE _IS_TX LBD Interrupt Source 0 0 1 D Q LBD_ FLG 图 11. INT1 中断映射图 版本 0.5 页 19/32
6. 数据包及包处理机 6.1 数据包格式 采用了比较典型和灵活的包格式, 可以分为 : 可变包 (Length 在 Node ID 前面 ), 可变包 (Length 在 Node ID 后面 ) 和固定包三种 分别表示如下 : Manchester Manchester/Whiten/FEC(7,4) Preamble Sync Word Length Node ID Data CRC 1 2 3 4 5 6 Payload/CRC 图 12. 可变包 (Length 在 Node ID 前面 ) Data-Only CRC Preamble Sync Word Node ID Length Data CRC Payload/CRC 图 13. 可变包 (Length 在 Node ID 后面 ) Preamble Sync Word Node ID Data CRC Payload 6.2 数据模式 图 14. 固定包 数据模式 (Data Mode) 指的外部 MCU 通过什么模式来输入发射数据, 支持直通模式和包模式两种, 区别如下 Direct 直通模式,FIFO 不工作 Packet 包模式, 支持所有包格式配置,FIFO 工作 版本 0.5 页 20/32
6.2.1 直通模式 EEPROM (Opt) clock clock DCLK RF MODEM 1 data 1 Logic Unit 1 data 1 SPI CSB SCLK SDIO User Registers INT1/INT2 DIN 图 15. 直通模式的数据通路直通模式下, 待发射的数据直接由外部 MCU 通过芯片的 DIN 送入芯片, 数据率只要在芯片使用规范内都可以由 MCU 指定 而如果是用 GFSK 的调制方式的话, 需要提前配置芯片的数据率, 并且 MCU 发射的数据率在指定的容差范围之内 典型的直通模式的 Tx 工作顺序如下 1. 用逻辑 0 或 1 驱动 DIN, 即 GPIO1 管脚 ( 系统默认 GPIO1 管脚为 DIN 功能, 也只有 GPIO1 管脚具有 DIN 功能 维持寄存器 TX_DIN_EN 和 TX_DIN_SEL(Addr=0x69) 为缺省值 0) 2. 发送 go_tx 命令, 芯片开始发送 DIN 上面的数据 3. 持续发送数据到 DIN 上, 数据立即被发送出去 4. 发送 go_sleep/go_stby/go_tfs 命令来节省功耗 6.2.2 包模式 EEPROM (Opt) clock FCSB RF MODEM 1 data 1 Packet Handler data 8 FIFO SPI CSB SCLK SDIO User Registers INT1 INT2 图 16. 包模式的数据通路 在包模式中,MCU 可以提前将数据在 STBY 和 TFS 的状态下填入 FIFO 中, 或者在芯片发送数据的同时写入 FIFO, 或者以 上两种方法的结合 典型的包模式的 Tx 工作顺序如下 1. 通过 CUS_IO_SEL (Addr=0x65) 配置 GPIO 2. 在有数据需要提前装入 FIFO 的时候发送 go_stby/go_tfs 命令 3. 发送 go_tx 命令 4. 在相应的中断状态中将数据写入 FIFO 5. 发送 go_sleep/go_stby/go_tfs 命令以节省功耗 版本 0.5 页 21/32
7. 自动运行模式 通过配置相关寄存器使得芯片的 Tx 工作于自动运转模式以节省芯片功耗 其中可以分为以下 3 种模式 : 1. 自动退出 TX 2. 自动 SLEEP 唤醒, 自动退出 TX 3. 全自动发射 Auto Sleep TxExitState=Sleep SLEEP STBY STBY Tx Process SLEEP Go_STBY Write FIFO Go_Tx Tx_Done 图 17. 自动退出 Tx Auto Sleep TxExitState=Sleep SLEEP SLEEP STBY STBY Tx Process SLEEP MCU SLEEP ACTIVE ACTIVE ACTIVE SLEEP SLEEP SLEEP_TMO Wakeup MCU Go_STBY Write FIFO Go_Tx Tx_Done SLEEP_TMO Wakeup MCU 图 18. 自动 Sleep 唤醒, 自动退出 Tx Auto Sleep TxExitState=Sleep Auto Sleep TxExitState=Sleep SLEEP Tx Process SLEEP Tx Process SLEEP Auto_Tx Tx_Done Auto_Tx Tx_Done 图 19. 全自动发射 ( 全自动发射的内容需要预先填充, 每次发射都是这个内容 ) 版本 0.5 页 22/32
8. 用户寄存器 下面给出寄存器的列表, 关于寄存器的具体使用, 请参照 AN167 快速上手指南 这些寄存器分区中, 除了控制 2 区不可再 SLEEP 下访问以外, 其他皆可以在 SLEEP 底下访问 表 16. 寄存器分区地址范围名称 RFPDK 备注 0x00~0x0B 内部参数区 CMT Bank 由 RFPDK 导出, 不建议客户修改 0x0C~0x17 0x18~0x1F 0x20~0x37 配置区 ( 该区配置值可以通过 RFPDK 软件的 系统运作区频率配置区数据率区 System Bank Frequency Bank Data Rate Bank 该区域主要牵涉 DutyCycle 工作配置该区域是配置发射工作频率该区域是关联通讯速率 0x38~0x54 Export 功该区域主要涉及数据包结构 ( 编码格式 报文结基带区 Baseband Bank 能导出 ) 构 校验 纠错 同步字等 ) 0x55~0x5F 发射参数区 TX Bank 该区域主要牵涉发射频偏和发射功率部分 0x60~0x6A 0x6B~0x71 控制区 1 ( 根据 MCU 需求配置, 不由 RFPDK 生成 ) 控制区 2 ( 根据 MCU 需求配置, 不由 RFPDK 生成 ) - 工作状态 跳频配置 GPO 配置 中断源开关等 - 中断源标志 FIFO 控制 RSSI 测量等 8.1 CMT 区 CMT 区主要存放产品相关的信息和其他的功能寄存器, 并且还包含一些芯片内部使用的寄存器 表 17. CMT 区 Addr R/W Name Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0x00 RW CUS_CMT1 0x01 RW CUS_CMT2 0x02 RW CUS_CMT3 0x03 RW CUS_CMT4 0x04 RW CUS_CMT5 0x05 RW CUS_CMT6 0x06 RW CUS_CMT7 用户无须理解, 直接用 RFPDK 生成导入 0x07 RW CUS_CMT8 0x08 RW CUS_CMT9 0x09 RW CUS_CMT10 0x0A RW CUS_CMT11 0x0B RW CUS_RSSI 版本 0.5 页 23/32
8.2 系统区 系统区主要配置与计时器相关的参数, 实现 Duty Cycle 模式的工作 表 18. 系统区 8.3 频率区 频率区主要存放实现频率调谐功能的寄存器 表 19. 频率区 Addr R/W Name Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0x18 RW CUS_RF1 0x19 RW CUS_RF2 0x1A RW CUS_RF3 0x1B RW CUS_RF4 0x1C RW CUS_RF5 用户无须理解, 直接用 RFPDK 生成导入 0x1D RW CUS_RF6 0x1E RW CUS_RF7 0x1F RW CUS_RF8 8.4 数据率区 数据率区存放于数据率相关, 与 FSK 相关及 OOK 相关的寄存器 表 20. 数据率区 Addr R/W Name Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0x20 RW CUS_RF9 0x21 RW CUS_RF10 0x22 RW CUS_RF11 0x23 RW CUS_RF12 0x24 RW CUS_FSK1 0x25 RW CUS_FSK2 0x26 RW CUS_FSK3 0x27 RW CUS_FSK4 0x28 RW CUS_FSK5 0x29 RW CUS_FSK6 0x2A RW CUS_FSK7 0x2B RW CUS_CDR1 0x2C RW CUS_CDR2 用户无须理解, 直接用 RFPDK 生成导入 0x2D RW CUS_CDR3 0x2E RW CUS_CDR4 0x2F RW CUS_AGC1 0x30 RW CUS_AGC2 0x31 RW CUS_AGC3 0x32 RW CUS_AGC4 0x33 RW CUS_OOK1 0x34 RW CUS_OOK2 0x35 RW CUS_OOK3 0x36 RW CUS_OOK4 0x37 RW CUS_OOK5 版本 0.5 页 24/32
8.5 基带区 基带区存放与包格式设置相关的寄存器 表 21. 基带区 8.6 发射区 发射区存放与发射功率, 频偏及相关的寄存器 表 22. 发射区 Addr R/W Name Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 0x55 RW CUS_TX1 0x56 RW CUS_TX2 0x57 RW CUS_TX3 0x58 RW CUS_TX4 0x59 RW CUS_TX5 0x5A RW CUS_TX6 用户无须理解, 直接用 RFPDK 生成导入 0x5B RW CUS_TX7 0x5C RW CUS_TX8 0x5D RW CUS_TX9 0x5E RW CUS_TX10 0x5F RW CUS_LBD 8.7 控制 1 区 控制 1 区存放各种功能模块的使能, 功能选择等的寄存器 表 23. 控制 1 区 版本 0.5 页 25/32
8.8 控制 2 区 控制 1 区存放与标志位相关的寄存器及 RSSI,LBD 相关的寄存器 注意, 该区寄存器不可以在 SLEEP 状态下访问 表 24. 控制 2 区 版本 0.5 页 26/32
9. 订购信息 表 25. 订购信息 型号 描述 封装 包装选项 运行条件 最小起订量 -EQR [1], +20 dbm 大功率 1.8 to 3.6V, QFN16 (3x3) 编带盘装 Sub-1GHz 射频发射器 -40 to 85 3,000 备注 : [1]. E 代表扩展型工业产品等级, 其支持的温度范围是从 -40 到 +85 Q 代表 QFN16 的封装类型 R 代表编带及盘装类型, 最小起订量 (MOQ) 是 3,000 片 如需了解更多产品及产品线信息, 请访问 有关采购或价格需求, 请联系 sales@cmostek.com 或者当地销售代表 版本 0.5 页 27/32
10. 封装信息 的封装 QFN16(3x3) 封装信息如下图及下表所示 D e b D2 E2 E L 16 16 1 Top View 1 Bottom View c Side View A1 A 图 20. 16-Pin QFN 3x3 封装 表 26. 16-Pin QFN 3x3 封装尺寸 尺寸 ( 毫米 mm) 符号 最小值 最大值 A 0.7 0.8 A1 0.05 b 0.18 0.30 c 0.18 0.25 D 2.90 3.10 D2 1.55 1.75 e 0.50 BSC E 2.90 3.10 E2 1.55 1.75 L 0.35 0.45 版本 0.5 页 28/32
11. 顶部丝印 11.1 顶部丝印 1 1 9 B 1 2 3 4 Y WW 图 21. 顶部丝印 表 27. 顶部丝印说明 丝印方式管脚 1 标记字体尺寸第一行丝印第二行丝印第三行丝印 激光圆圈直径 = 0.3 mm 0.5 mm, 右对齐 119B, 代表型号 1234 内部跟踪编码日期代码, 由封装厂分配,Y 表示年的最后一位数,WW 表示工作周 版本 0.5 页 29/32
12. 其它文档 表 28. 相关其它文档 文档号文档名称描述 AN167 快速上手指南快速了解并使用操作 AN168 原理图及 PCB 版图设计指南 PCB 原理图和版图设计规则,RF 匹配网络和 其他版图设计相关的设计注意事项 版本 0.5 页 30/32
13. 文档变更记录 表 29. 文档变更记录表 版本号 章节 主要变更描述 日期 初始版本 All 所有章节 2017-09-07 0.5 2,5.4 修改表 11 和表 14 中的 GPIOx 管脚描述, 删除了 GPIO2 和 GPIO3 复用为 DIN 功能的相关内容 作为直通模式使用时, 外部调制数据只能从 GPIO1 管脚输入 2018-11-30 版本 0.5 页 31/32
14. 联系信息 无锡泽太微电子有限公司深圳分公司 中国广东省深圳市南山区西丽镇平山村民企科技园 3 栋 2 楼 邮编 : 518000 电话 : +86-755 - 83235017 传真 : +86-755 - 82761326 销售 : sales@cmostek.com 技术支持 : support@cmostek.com 网址 : Copyright. CMOSTEK Microelectronics Co., Ltd. All rights are reserved. The information furnished by CMOSTEK is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed for inaccuracies and specifications within this document are subject to change without notice. The material contained herein is the exclusive property of CMOSTEK and shall not be distributed, reproduced, or disclosed in whole or in part without prior written permission of CMOSTEK. CMOSTEK products are not authorized for use as critical components in life support devices or systems without express written approval of CMOSTEK. The CMOSTEK logo is a registered trademark of CMOSTEK Microelectronics Co., Ltd. All other names are the property of their respective owners. 版本 0.5 页 32/32