2.4GHz无线数字音频芯片nRF24Z1及其应用

 在射频连接建立之前，音频发射器在所有可用的频道上，反复地向音频接收器发送搜索信息包，在每个频道上搜索一段时间，以使音频接收器能够接收和处理搜索信息。与此同时，音频接收器也在所有可用的频道上监听信息，每个频道监听一段时间，一旦监听到来自音频发射器的搜索信息包，音频接收器发送应答信息，音频接收器和音频发射器都锁定该频道，以准备通信。nRF24Z1的这种连接方式有助于防止干扰，减少与在2.4G频段上工作的其它射频设备之间的通信碰撞。

4.3  跳频通信

 为了提高射频通信的抗干扰性和可靠性，nRF24Z1支持自适应跳频通信。nRF24Z1具有38个自适应通信的工作频率，各个频率分别由跳频寄存器CH0~CH37控制。在跳频时，nRF24Z1根据跳频寄存器中的内容，按顺序改变工作频率，也就是说，当CH0的频率受到干扰而无法进行射频连接时，nRF24Z1会使用CH1进行连接，如果CH1受到干扰，则使用CH2，依次类推。因此，在跳频通信之前，各个跳频寄存器要通过外部EEPROM或微控制器进行初始化。如果想CH0对应于频率2420MHz，则只需在CH0寄存器中写入20，如果想CH0对应于频率2440MHz，则只需在CH0寄存器中写入40，这样，在跳频通信时，芯片就能够按顺序跳频到相应的频道。

5  应用详述

 图4   nRF24Z1发射器的硬件原理

nRF24Z1发射器的外围元器件及其与微控制器的接口原理如图4所示，nRF24Z1使用SPI接口与外部微控制器进行数据传输，使用I2S接口与音频采样设备连接。ANT1和ANT2两个引脚为nRF24Z1的天线引脚，射频信号从这两个引脚平衡输出。由图4可知，VDD_PA引脚给天线部分提供直流电源。当ANT1和ANT2引脚的两端负载阻抗随输出功率的变化而改变，目标输出功率为芯片的最大输出功率0dbm时，该两引脚的负载阻抗最好是100Ω+j175Ω，在一般应用中，可使用50Ω简单负载匹配网络。

图4中，电阻R3可以保证当微控制器复位时，nRF24Z1寄存中的内容保持不变，电阻R4用于防止SPI接口的误激活，这两个电阻在使用中可以省去，但这样做会降低系统的稳定性。电阻R2为nRF24Z1提供参考电流，该电阻为22kΩ时，芯片的通信性能最优，改变该电阻的阻值会影响芯片的通信性能。DVDD引脚为nRF24Z1片内数字供电电压的可调整输出引脚，该引脚的主要作用是为芯片提供去耦通路。在应用中，DVDD引脚需要接一个33nF的电容到数字地，而不能用于为其它片外器件的提供电源，也不能直接和VDD引脚连在一起。

 PCB(印制电路板)的设计对整个nRF24Z1通信系统的射频性能影响很大，PCB设计不好，可能会造成通信误码率高或发射功率达到目标值，直接影响射频通信的距离。根据Nordic公司的推荐，nRF24Z1的电路板至少用两层板，直流供电电源模块尽量靠近VDD引脚，尽量避免电源线过长，以减少因电路板工作过程中，因线路耦合带入过大的干扰[3]。直流供电电源模块应该并接一个4.7uF的电容到数字地，以达到稳压和滤波的目的。此外，应该把nRF24Z1的电源跟电路板上其它器件的电源隔离开，以减少因其它器件工作过程中电流变化所产生的干扰。nRF24Z1芯片的所有VSS引脚应该直接连接到数字地敷铜层，并在这些引脚附近打些过孔，以使顶层和底层间的敷铜层连接良好。数字控制信号线最好能够离晶振部分和电源部分远些。总之，在设计PCB时，主要考虑周围元器件的布置、天线匹配网络、走线、电路板的体积和敷铜等方面的影响，设计者可以从Nordic公司的网站更多的参考资料。

6  结论

根据应用的需求，挪威Nordic半导体公司推出的CD音质的2.4GHz无线数字音频收发芯片nRF24Z1，给无线音频处理系统提供低成本的选择，很好的满足了市场的需求。本文基于应用的目的，从技术的角度阐述了nRF24Z1，为音频系统设计师提供技术参考。nRF24Z1在音频处理系统中会得到更广泛的应用。

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