射频nRF9E5与无线耳机系统设计

作者Email: greatchen1979@163.com

摘要：通过利用Nodic提供的射频SoC(片上系统)nRF9E5模块，设计了符合耳机剖面的具有良好性能的无线耳机系统，并说明无线收发系统框架、各个组成部分、工作方式。在此基础上，给出了系统的软硬件设计以及耳机系统的通讯机制和流程。最后，论述了该方案的优点。

关键词：无线收发，无线耳机，语音网关

引言

木文所述无线耳机在设计上有两个特：一印刷线路板体积一定要小；二是作为电池供电的电子产品，一定要求把线路的功耗设计得非常低。根据以上第一点原则，在设计中一是要尽可能的采用集成度高的贴片封装芯片，二是芯片的外围元件一定要少；根据第二原则，除了采用低功耗芯片设计产品外，产品中在守候状态时应使电源间歇脉冲供电。Nordic VLSI公司推出的射频收发芯片nRF9E5特别适合我们的要求。该芯片内置nRF905 433/868/915MHz收发器、8051兼容微控制器和4输入10位80 ksps AD转换器，是真正的系统级芯片。内置nRF905收发器与nRF905 芯片的收发器一样，可以工作在ShockBurstTM(自动处理前缀、地址和CRC)方式。内置电压调整模块，最大限度地抑制噪音，为系统提供1.9V到3.6V的工作电压。nRF9E5符合美通信委员会和欧洲电信标准学会的相关标准。由于nRF905功耗低，工作可靠，因此很适用于无线耳机设计。

1．    nRF9E5功能介绍
1．    1  控制器【1】

nRF9E5 的片内微控制器与标准8051 兼容，其中断控制器支持5 个扩展中断源：ADC 中断、SPI 中断、RADIO1中断、RADIO2 中断和唤醒定时器中断。片内控制器还有3 个与8052 相同的定时器。1 个和8051相同的串口，可以用定时器1 和定时器2 来作为异步通信的波特率产生器。此外，还扩展了2 个数据指针，以方便于从XRAM 区读取数据。微处理器中有256B的数据RAM和512B的ROM。上电复位或软件复位后，处理器自动执行ROM引导区中的代码。用户程序通常是在引导区的引导下，从EEPROM加载到1个4KB的RAM中，个4KB的RAM也可作存储数据用。

微控中还包含SPI接口，引脚有MISO( 接收EEPROM的SDO送来的数据) 、S C K (给EEPROM的SCK提供时钟信号)、MOSI(送数据到EEPROM的SDI)、EECSN(给EEPROM 的CSN 送使能信号) 。SPI 口的MISO 、SCK和MOSI 与P1 口的低3 位重用，通过寄存器SPI_CTRL 控制来控制功能间的撤换。S P I 硬件不产生任何片选信号，可以用GPIO 口来进行片选。通常，系统上电时，SPI 自动和片外25320 相连。当程序加载完成后，MISO(P1.2)、MOSI(P1.0)和SCK(P1.0)可能会用作其它用途，比如其它的SPI 器件或GPIO。这使得nRF9E5其内置的微控制器的功能十分强大。

1．2  射频收发器【2】

nRF9E5 收发器通过内部并行口或内部SPI 口与其它模块进行通信，具有同单片射频收发器nRF905 相同的功能。收发器通过片内MCU的并行口或S P I 口与微控制器通信，数据准备好，载波检测和地址匹配信号能够作为微控制器和中断。nRF9E5 工作于433/868/915MHz ISM 频段。收发器由1 个完整的频率合成器、1 个功率放大器、1 个调节器和2 个接收器组成。输出功率、频道和其它射频数可通过对特殊功能寄存器RADIO(0xA0) 编程进行控制。发射模式下，射频电流消耗为11mA，接收模式下为12.5mA。为了节能，可通过程序控制收发器的开/ 关。

1.2.1  nRF9E5收发方式的选择

与nRF401 和nRF903不同的是，nRF9E5 使用SPI 接口进行单片机与无线模块间的数据传输。这部分在nRF9E5片内的8051 内核与nRF905 射频收发器之间完成。nRF9E5的收发器有三种工作方式，ShockBurst 接收(RX)方式、ShockBurst 发送(TX)方式和空闲方式。当收发器在空闲方式下，微控器依然在运行。nRF9E5 收发器的工作方式由特殊功能寄存器T R X _ C E和TX_EN 决定，具体见表1 所列。