短距离无线通讯(芯片)技术概述

短距离无线通讯（芯片）技术概述一、各种短距离无线通信使用范围与特性比较无线化是控制领域发展的趋势，尤其是工作于ISM频段的短距离无线通信得到了广泛的应用，各种短距离无线通信都有各自合适的使用范围，本文简介几种常见的无线通讯技术。

关键字：短距离无线通信，红外技术，蓝牙技术，802.11b，无线收发工业应用中，现阶段基本上都是以有线的方式进行连接，实现各种控制功能。

各种总线技术，局域网技术等有线网络的使用的确给人们的生产和生活带来了便利，改变了我们的生活，对社会的发展起到了极大的推动作用。

有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，的确在实际应用中也达到了比较满意的效果。

但随着射频技术、集成电路技术的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传输速度也越来越快，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。

而同时有线网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出。

在向往自由和希望随时随地进行通信的今天，人们把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强的设备，或人们不方便随时到达现场的条件下。

因此出现一些典型的无线应用，如：无线智能家居，无线抄表，无线点菜，无线数据采集，无线设备管理和监控，汽车仪表数据的无线读取等等。

1．几种无线通信方式的简介生产和生活中的控制应用往往是限定到一定地域范围内，比如：主机设备和周边设备的互联互通，智能家居房间内的电器控制，餐厅或饭店内的无线点菜系统，厂房内生产设备的管理和监控等0～200米的范围内，本文着重探讨短距离无线通信实用技术，主要有：红外技术，蓝牙技术，802.11b无线局域网标准技术，微功率短距离无线通信技术，现简介如下：1.1 红外技术红外通信技术采用人眼看不到的红外光传输信息，是使用最广泛的无线技术，它利用红外光的通断表示计算机中的0-1逻辑，通常有效作用半径2米，发射角一般不超过20度，传统速度可达4 Mbit/s，1995年IrDA（InfraRed Data Association）将通信速率扩展到的高达16Mbit/s ，红外技术采用点到点的连接方式，具有方向性，数据传输干扰少，速度快，保密性强，价格便宜，因此广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，PDA，移动电话等移动设备，但红外技术只限于两台设备通讯，无法灵活构成网络，而且红外技术只是一种视距传输技术，传输数据时两个设备之间不能有阻挡物，有效距离小，且无法用于边移动边使用的设备。

1.2 蓝牙技术蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，它采用无线电射频技术实现设备之间的无线互连，有穿透能力，能够全方位传送，主要面对网络中各种数据和语音设备，通过无线方式将它们连成一个微微网（Piconet），多个微微网之间也可以形成分布式网络（Scatternet），从而方便，快速的实现各类设备之间的通信，蓝牙技术使用2.4GHz 的ISM（Industry Science Medicine）频段，具有全球可操作性，最大传输率1MBit/s，当发射功率为1mW时，有效距离小于等于10米，适合于鼠标，键盘等短距离设备，当功率为100mW时，适合于移动电话，笔记本电脑等经常变动环境的设备。

它采用跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Sprectrum）技术，具有非常可靠的数据和语音传输能力，蓝牙芯片尺寸小，功率低，其应用越来越广泛。

但一个微微网同时连接的设备个数不能多8个，当多于8个时只能通过建立多个微微网，利用跨两个微微网的设备进行连接，会造成网速下降，蓝牙技术更强调设备之间的连接，而不是客户机与服务器之间的连接,并且蓝牙技术尚无国际标准，只有蓝牙利益集团制定的行业标准。

1.3 802.11b技术IEEE（Institute of Electical and Electronics Engineers ）802.11b技术标准是无线局域网的国际标准，使用2.4GHz的ISM频段，802.11b协议主要工作在OSI（Open System Interconnect Reference Model）的物理层和数据链路层，其物理层支持5.5 MBit/s和11 MBit/s两种速度，采用直接序列扩普DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）技术进行调制解调增强了抗干扰能力，提高了传输速度，并使用动态速率漂移，数据传输速率可根据环境在11 MBit/s、5.5 MBit/s、2 MBit/s、1 MBit/s之间自动切换，有效通讯距离100－300米，802.11无线网络的最大优点是兼容性，只要在原有网络上装上AP，就可以提供无线网络服务，终端设备只要装上无线网卡，就可以访问所有网络资源，象使用有线局域网一样方便，却免除了布线的麻烦。

802.11b具有有线等价保密机制WEP （Wired Equivalent Privacy）确保数据安全。

以其具有穿透能力，全方位传送，建网速度快，可用来组建大型无线网络，运营成本低，投资回报快等特点，正逐渐受到电信制造商和运营商的青睐，目前此种设备还比较昂贵，妨碍了其推广和应用。

1.4 微功率短距离无线通信技术它一般使用数字信号单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，一般射频芯片采用FSK调制方式，工作于ISM频段，通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小，开发简单快速而应用广泛，但数据传输速度、流量都较小较适合搭建小型网络。

在工业，民用领域使用较广。

各种短距离无线通信技术主要性能列表比较如下：二、无线收发芯片性能比较比较nRF401、nRF903和CH1010三款无线收发芯片的特性，介绍它们的结构原理、特性。

关键词：无线收发芯片 nRF401；nRF903；CH1010目前许多应用领域都采用无线的方式进行数据传输，这些领域涉及小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线遥控系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡等。

由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。

选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本、数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。

在本文中就所了解的NRF短距数据通信芯片nRF401、nRF903和CH1010作一个对比描述。

1. nRF401无线收发芯片nRF401是Nordic公司研制的单片UHF无线收发芯片，工作在433MHz ISM（Industrial, Scientific and Medical）频段。

它采用FSK调制解调技术，抗干扰能力强，并采用PLL频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达10dBm，接收灵敏度最大为－105dBm，数据传输速率可达20Kbps，工作电压在+3～5V之间。

nRF401无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接单片机串口。

nRF401芯片内包含有发射功率放大器（PA）、低噪声接收放大器（LNA）、晶体振荡器（OSC）、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、混频器（MIXFR）、解调器（DEM）等电路。

在接收模式中，nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声较大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（DOUT端）。

在发射模式中，数字信号经DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。

由于采用了晶体振荡和PLL合成技木，频率稳定性极好；采用FSK调制和解调，抗干扰能力强。

对比传统的鞭状天线或单端天线，不仅节省空间和生产成本，机构上也更稳固可靠。

2. nRF903无线收发芯片nRF903是Nordic公司为433/868/915MHz ISM频段设计的单片UHF 多段无线收发芯片，它采用优化的GFSK调制解调技术，抗干扰能力强，采用DDS＋PLL频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达－104dBm，发射功率可以调整，最大发射功率是+10dBm，可在155.6kHz 的有效带宽下传输最高76.8Kbps的数据。

nRF903的工作电压范围可以从2.7～3.3V，接收待机状电流消耗为600μA，低功耗模式电流消耗仅为1μA，可满足低功耗设备的要求。

nRF903具有多个频道（最多170个以上），特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。

nRF903的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个14位的配置寄存器用串行线（CS、CFG_CLK和CFG_DATA）进行设置。

图3所示为使用环形天线的nRF903的应用电路图。

nRF903内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几个部分。

发射电路含有：射频功率放大器、锁相环（PLL）、压控振荡器（VCO）、频率合成器等电路。

基准振荡器采用外接晶体振荡器产生电路所需的基准频率。

振荡电路采用锁相环（PLL）方式，由在DDS基础上的频率合成器、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。

压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC谐振回路组成。

要发射的数据通过DATA端输入。

接收电路包含有：低噪声放大器、混频器、中频放大器、GFSK解调器、滤波器等电路。

低噪声放大器放大输入的射频信号；混频器采用2级混频结构，第一级中频10.7136MHz，第二级中频345.6kHz。

中频放大器用来放大从混频器来的输出信号；中频放大器的输出信号经中频滤波器滤波后送入GFSK解调器解调，解调后的数字信号在DATA端出。

3. CH1010无线收发芯片CH1010是Chipcon公司推出的单片可编程RF收发芯片，它基于Chipcon's Smart RF技术，可工作在ISM频段（300～1000MHz）。

CH1010集成了射频发射、射频接收、PLL合成、FSK调制解调、可编程控制等多种功能。

Chipcon 公司是一家集设计、生产、销售高性能标准射频集成电路(RF –ICs)为一体的国际领先半导体公司,于1996年成立,总部设在挪威。

该公司所设计的RF-IC系列产品是经过多年基于标准CMOS 和BICOS 技术而潜心研究出的技术成果,主要应用于各种无线方案中,以满足客户对低成本、低功耗、高集成度及高灵活性的迫切要求。

其主推产品为1G Hz以下和2.4GHz的射频IC。