Перейти к содержанию

CC1101 — радиотрансивер TI для 315, 433, 868 и 915 МГц

CC1101 — трансивер Texas Instruments для диапазонов ниже 1 ГГц, на котором собраны недорогие модули 433 и 868 МГц с интерфейсом SPI. Разбираем по даташиту выводы корпуса, питание и уровни, токи во всех режимах, расчёт частоты канала, ограничения SPI и буферов и то, что нужно проверить у готового модуля.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

CC1101 (Texas Instruments) — однокристальный приёмопередатчик для полос 300–348, 387–464 и 779–928 МГц, то есть для распространённых частот 315, 433, 868 и 915 МГц. Микроконтроллер настраивает его и обменивается пакетами по SPI, а синтезатор частоты, модем, буферы и обработка пакетов (синхрослово, адрес, длина, CRC) встроены. Как устроены модуляции и чем CC1101 отличается от простых модулей и от LoRa, разобрано в статье «Радиомодули 433 и 868 МГц»; здесь — данные самой микросхемы для разработки платы и программы.

Коротко

  • Частоты — 300–348, 387–464 и 779–928 МГц; кварц 26 или 27 МГц.
  • Модуляции — 2-FSK, 4-FSK, GFSK, MSK, OOK, ASK; 0,6–600 кбит/с (4-FSK — до 300 кБод).
  • Мощность — до +10 дБм на 315 и 433 МГц, +12 дБм на 868 МГц, +11 дБм на 915 МГц.
  • Питание — 1,8–3,6 В; цифровые выводы не выше 3,9 В — 5 В не допускаются.
  • Ток — приём 14,7–17,1 мА, передача 29,2 мА при +10 дБм на 433 МГц, сон 0,2 мкА тип.
  • Корпус — QFN-20 4 × 4 мм (у TI — QLP, обозначение RGP) с теплоотводящей площадкой — главной землёй.

Выводы

У CC1101 корпус QFN-20 с выводами на нижней стороне; ниже — назначение по табл. 19 даташита.

ВыводОбозначениеНазначение
1SCLKтактовый вход SPI
2SO (GDO1)выход данных SPI; при высоком CSn — дополнительный выход общего назначения
3GDO2выход общего назначения: состояние FIFO, занятость канала, такт, принятые данные
4DVDDпитание цифровой части 1,8–3,6 В
5DCOUPLвыход внутреннего питания 1,6–2,0 В только для конденсатора развязки, не для нагрузки
6GDO0 (ATEST)вход-выход общего назначения: те же сигналы, что у GDO2, и вход данных передатчика в синхронном режиме
7CSnвыбор микросхемы по SPI, активный низкий
8XOSC_Q1кварц или вход внешнего тактового сигнала
9, 11, 14, 15AVDDпитание аналоговой части 1,8–3,6 В
10XOSC_Q2кварц
12, 13RF_P, RF_Nдифференциальный вход малошумящего усилителя и выход усилителя мощности
16GNDаналоговая земля
17RBIASрезистор опорного тока (в типовой схеме — 56 кОм ±1 %)
18DGUARDпитание защитного кольца цифровой части
19GNDземля цифровой развязки
20SIвход данных SPI
—площадкатеплоотводящая площадка — основная земля, паять к сплошному полигону

Все выводы питания по табл. 2 должны быть под одним напряжением. Вывод RF-тракта дифференциальный: антенну 50 Ом подключают через симметрирующую и согласующую цепь из типовой схемы TI, и её номиналы свои для 315, 433 и 868/915 МГц (дифференциальная нагрузка в табл. 10 — 116 + j41 Ом на 433 МГц и 86,5 + j43 Ом на 868/915 МГц). Наш вывод: модуль, собранный для 433 МГц, на 868 МГц будет работать хуже не из-за микросхемы, а из-за этой цепи — подробно об этом на странице «Модуль CC1101 на 433 МГц на частоте 868 МГц».

Питание и уровни

ПараметрЗначение
Питание1,8–3,6 В, −40…+85 °C
Предельное питаниеот −0,3 до 3,9 В
Предел на цифровых выводахот −0,3 В до VDD + 0,3 В, но не выше 3,9 В
Предел на RF_P, RF_N, DCOUPL, RBIASот −0,3 до 2,0 В
Ноль и единица на входедо 0,7 В и от VDD − 0,7 В
Выход при токе до 4 мАноль до 0,5 В, единица от VDD − 0,3 В
Ток утечки входов±50 нА
Нарастание питания до 1,8 Вне дольше 5 мс; между выключением и включением — не меньше 1 мс

Если питание нарастает медленнее, чем требует табл. 18, встроенный сброс при включении не гарантирован, и микросхему переводят в известное состояние командой SRES по SPI. Наш вывод: в программе команду SRES полезно посылать при любом старте — она не зависит от того, как ведёт себя источник питания модуля.

Токи

Условия — 25 °C, 3,0 В, платы CC1101EM; приём — с настройками на пониженный ток, сигнал у предела чувствительности (табл. 4).

Режим433 МГц868 МГц
Сон (SLEEP), регистры сохранены0,2 мкА тип., 1 мкА макс.то же
Сон с RC-генератором для wake-on-radio0,5 мкАто же
Работает только стабилизатор и кварц (IDLE)1,7 мАто же
Работает синтезатор (FSTXON и промежуточные состояния)8,4 мАто же
Приём 1,2 / 38,4 / 250 кБод16,0 / 15,7 / 17,1 мА15,7 / 15,6 / 16,9 мА
Передача +12 дБм—34,2 мА
Передача +10 дБм29,2 мА30,0 мА
Передача 0 дБм16,0 мА16,8 мА

Режим опроса эфира (wake-on-radio) по табл. 4 даёт средний ток 8,8 мкА при пробуждении раз в секунду и 1,4 мкА — раз в 15 секунд, если в канале нет сигнала. Наш вывод: при батарейном питании основная статья расхода — не сон, а передача: 1 мс на +10 дБм на 433 МГц стоят столько же заряда, сколько 146 секунд сна при 0,2 мкА (наш расчёт: 29,2 мА · 1 мс / 0,2 мкА).

Радиочасть

ПараметрЗначение
Скорость2-FSK 0,6–500 кБод; GFSK, OOK, ASK 0,6–250 кБод; 4-FSK 0,6–300 кБод (в кбит/с вдвое больше); MSK 26–500 кБод
Полоса канального фильтра58–812 кГц (с кварцем 26 МГц)
Наибольшая мощность+10 дБм (315, 433 МГц), +12 дБм (868 МГц), +11 дБм (915 МГц)
Чувствительность, 433 МГц, PER 1 %−116 дБм (0,6 кБод), −112 (1,2), −104 (38,4), −95 дБм (250 кБод)
Чувствительность, 868 МГц−112 дБм (1,2 кБод), −104 дБм (38,4 кБод)
Перестройка PLL без калибровки75 мкс тип.
Калибровка PLL712 мкс тип.
Кварц26–27 МГц, общий допуск ±40 ppm, нагрузочная ёмкость 10–20 пФ, ESR до 100 Ом, запуск 150 мкс

Для полосы 863–870 МГц TI советует кварц 26 МГц ниже 869 МГц и 27 МГц выше: так выполняются требования EN 300 220 к ширине спектра. С кварцем 27 МГц нижняя граница полосы 387–464 МГц поднимается до 392 МГц. Как чувствительность и мощность превращаются в дальность, разобрано в статье «Бюджет радиолинии», про антенны — в статье «Антенны».

Частота канала

Рабочая частота задаётся 24-битным словом FREQ (регистры FREQ2, FREQ1, FREQ0), номером канала CHAN (регистр CHANNR) и шагом каналов (мантисса CHANSPC_M и порядок CHANSPC_E в MDMCFG0 и MDMCFG1):

f=fXOSC216⋅(FREQ+CHAN⋅(256+CHANSPC_M)⋅2CHANSPC_E−2)f = \frac{f_{XOSC}}{2^{16}} \cdot \left(FREQ + CHAN \cdot (256 + CHANSPC\_M) \cdot 2^{CHANSPC\_E - 2}\right)

С кварцем 26 МГц шаг сетки — 396,7 Гц, а наибольший шаг каналов — около 405 кГц. Наш расчёт для двух типичных частот:

ЧастотаFREQFREQ2, FREQ1, FREQ0Получится
433,92 МГц1 093 7450x10, 0xB0, 0x71433,91983 МГц
868,3 МГц2 188 6500x21, 0x65, 0x6A868,29987 МГц

Шаг каналов 200 кГц, например, получается при CHANSPC_E = 2 и CHANSPC_M = 248: 26 МГц / 2^16 · 504 = 199,95 кГц (наш расчёт). Регистры частоты меняют только в состоянии IDLE — иначе синтезатор может повести себя непредсказуемо.

SPI, буферы и пакеты

  • SPI. Частота до 10 МГц при паузе 100 нс между адресом и данными, до 9 МГц без паузы при одиночном доступе и до 6,5 МГц в пакетном режиме (табл. 22). После опускания CSn микросхема держит SO в единице, пока не запустится кварц, — программа ждёт нуля на SO и только потом тактирует.
  • Буферы. Отдельные FIFO приёма и передачи по 64 байта; порог заполнения выводится на GDO0 или GDO2 как прерывание.
  • Длина пакета. Фиксированная, переменная (первый байт — длина, до 255) или бесконечная для длинных потоков. С автоматическим сбросом буфера при ошибке CRC пакет не длиннее 63 байт (переменная длина) или 64 байт (фиксированная), а со статусными байтами — на 2 байта короче.
  • Служебные функции. Аппаратный RSSI, оценка качества связи (LQI), проверка занятости канала перед передачей (CCA), обеление данных, Manchester, опрос эфира по таймеру (wake-on-radio).

Модули на CC1101

Готовые модули выпускают сторонние производители, и у разных моделей своё назначение и порядок выводов на гребёнке, своя согласующая цепь и антенна. Документации с параметрами у большинства из них нет, поэтому числа выше относятся к микросхеме, а не к модулю. Что проверить по самому модулю (наш вывод): на какую полосу рассчитана его согласующая цепь (обычно надпись 433 или 868 МГц), какой стоит кварц — 26 или 27 МГц, — и выведены ли GDO0 и GDO2: без них программа вынуждена опрашивать состояние по SPI.

Если нужна большая дальность при той же мощности, сравните с LoRa-трансиверами SX1276 и SX1278; для 2,4 ГГц с готовым протоколом подтверждений — nRF24L01+.

Частые вопросы

Можно ли подключить CC1101 к Arduino на 5 В?

Только через согласование уровней. Питание CC1101 — 1,8–3,6 В, а предел для любого цифрового вывода — VDD + 0,3 В, но не больше 3,9 В. Поэтому сигналы SCLK, SI и CSn от 5-вольтового микроконтроллера подают через делители или преобразователь уровней, а модуль питают от отдельного стабилизатора 3,3 В. Выход SO даёт единицу от VDD − 0,3 В: при питании 3,3 В это 3,0 В — ровно порог 0,6 · VCC 5-вольтового AVR, без запаса, а при питании ниже 3,3 В — уже ниже порога (наш расчёт). Поэтому и SO надёжнее пропускать через преобразователь уровней.

На какой частоте SPI работать с CC1101?

По таблице 22 даташита — до 10 МГц, если между байтом адреса и данными выдержана пауза 100 нс; без паузы — до 9 МГц для одиночного доступа и до 6,5 МГц в пакетном (burst) режиме. После опускания CSn нужно дождаться низкого уровня на выводе SO: так микросхема сообщает, что кварцевый генератор запущен и она готова к обмену.

Можно ли передавать пакеты длиннее 64 байт?

Да. Буферы приёма и передачи — по 64 байта, но длина пакета в режиме переменной длины доходит до 255 байт, а в бесконечном режиме — больше: программа дописывает и вычитывает FIFO на лету по сигналам порога на выводах GDO. Ограничение есть у функции автоматического сброса буфера при ошибке CRC: с ней пакет не длиннее 63 байт при переменной длине и 64 байт при фиксированной.

Как задать частоту 433,92 МГц?

Частота канала равна fXOSC / 2^16 · (FREQ + CHAN · (256 + CHANSPC_M) · 2^(CHANSPC_E − 2)). С кварцем 26 МГц шаг сетки — 396,7 Гц, и для 433,92 МГц при CHAN = 0 нужно FREQ = 1 093 745 (0x10B071): регистры FREQ2, FREQ1, FREQ0 = 0x10, 0xB0, 0x71, получится 433,91983 МГц (наш расчёт). Менять частоту можно только в состоянии IDLE.

Источники

  1. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver (SWRS061I, 2013-11-05) — с. 1–2 — диапазоны 300–348, 387–464 и 779–928 МГц, модуляции, FIFO по 64 байта, сон 200 нА; табл. 1 — предельные режимы (питание и цифровые выводы до 3,9 В); табл. 2 — 1,8–3,6 В, −40…+85 °C; табл. 3 — скорости по видам модуляции; табл. 4 — токи по режимам и частотам; табл. 7 — чувствительность; табл. 10 — мощность до +10…+12 дБм; табл. 13 — кварц 26–27 МГц; табл. 15 — время перестройки и калибровки PLL; табл. 17 — уровни; табл. 18 — нарастание питания; табл. 19 — выводы; разд. 10, табл. 22 — частота SCLK; разд. 15 — длина пакета; разд. 21 — формула частоты
  2. Texas Instruments. CC1101 — страница изделия и ревизии документа (история изменений, разд. 33.1 даташита) — ревизия I от 05.11.2013: корпус обозначен RGP вместо RTK, значение регистра VERSION после сброса — 0x14; ревизия G — исправлены времена установления и перестройки PLL в табл. 15

Нашли ошибку?

Смотрите также