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標(biāo)題: 最近測(cè)試的2.4g收發(fā)一體芯片si24r1，發(fā)現(xiàn)pin對(duì)pin兼容nrf24l01p/nrf2401，交流分享 [打印本頁(yè)]

作者: 技術(shù)支持馬工 時(shí)間: 2019-11-28 22:52
標(biāo)題: 最近測(cè)試的2.4g收發(fā)一體芯片si24r1，發(fā)現(xiàn)pin對(duì)pin兼容nrf24l01p/nrf2401，交流分享
最近公司的要求，要研發(fā)一款2.4g校訊通方案，本來(lái)想選擇nordic的nrf24l01p，打算購(gòu)買(mǎi)點(diǎn)樣品試樣了，同行聽(tīng)說(shuō)直接推薦我一款超低功耗芯片，還跟我說(shuō)價(jià)格方面低了nrf24l01p一倍多，而且pin對(duì)pin兼容。我了解了一下這顆芯片，是南京中科微的，國(guó)產(chǎn)芯片，抱著試一試的心態(tài)，跟代理購(gòu)買(mǎi)了幾個(gè)樣品，開(kāi)始測(cè)試，本來(lái)已經(jīng)以nrf24l01p去打的板子，我用si24r1替換上去，居然真的完全pin對(duì)pin兼容，一點(diǎn)都不需要改動(dòng)，在之后的測(cè)試順風(fēng)順?biāo)洗竽沁呉埠軡M(mǎn)意，直接定下這顆芯片，打算開(kāi)始量產(chǎn)，好了，廢話不多說(shuō)，我給大家分享一下這顆芯片。Si24R1是一顆由南京中科微專(zhuān)為低功耗無(wú)線通信應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的一顆自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的2.4G RF芯片。目前主要針對(duì)低功耗的校訊通、2.4G停車(chē)場(chǎng)、智能家居、無(wú)線音頻等領(lǐng)域。
當(dāng)然，這顆芯片進(jìn)入大眾的視野是與友商的NRF24L01P芯片兼容通信。從而被打上了國(guó)產(chǎn)NRF24L01P的標(biāo)簽，更有甚者居然磨掉芯片原本的SI24R1的LOGO打成NRF24L01P，給很多客戶(hù)產(chǎn)生了很多不必要的損失。大家定向的理解，國(guó)產(chǎn)的東西總是會(huì)比國(guó)外進(jìn)口的相差到哪里哪里，如此云云。其實(shí)，在很多客戶(hù)在使用Si24R1的時(shí)候，通過(guò)一定的控制與設(shè)計(jì)，是可以發(fā)揮Si24R1自己獨(dú)特的特性的。
不同的芯片設(shè)計(jì)需要不同的射頻布線以及MCU的控制，那么我下面要分享幾點(diǎn)自己所知道的一些問(wèn)題以及解決辦法：
1.進(jìn)入低功耗（關(guān)斷）模式后，功耗可能還在1mA左右，正常應(yīng)該在1.5uA左右。
解決辦法：由于芯片采用CMOS工藝，當(dāng)芯片處于關(guān)斷模式時(shí)，芯片的數(shù)字輸入引腳，CE，CSN，SCK,MOSI,必須為低電平，即關(guān)斷模式下，和上述四路輸入引腳相連的MCU的輸出必須為低電平，不能為高阻狀態(tài)或高電平。否則由于輸入端累積電荷，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部電路不能關(guān)斷，而使得功耗增加。
2.當(dāng)使用Si24R1號(hào)稱(chēng)7dbm的發(fā)射功率的時(shí)候，距離好像沒(méi)有增加太多，而且無(wú)線音頻客戶(hù)覺(jué)得會(huì)有很大的噪聲。
解決辦法：
   一、友商的nRF24L01+不要求芯片底部的金屬焊盤(pán)接地，Si24R1規(guī)格書(shū)上也沒(méi)要求接地，這是因?yàn)榘l(fā)射功率較低只有0dbm的情況，當(dāng)芯片發(fā)射功率大于0dbm以后，芯片底部的金屬焊盤(pán)會(huì)有很多白噪聲耦合到地，而nRF24L01+的參考設(shè)計(jì)金屬PAD下面有走3.3V的電源線，如果使用Si24R1 7dbm的發(fā)射功率，沒(méi)有將底部的3.3V走線移除的話，那些噪聲會(huì)干擾到電源，從而會(huì)增加通信的丟包率以及通信距離。有一些網(wǎng)友在網(wǎng)上提出，使用Si24R1替換NRF24L01P電源處需要多加一個(gè)大電容去濾波，這種做法是在一定的設(shè)計(jì)上是可行的，但是還是有一些朋友的問(wèn)題沒(méi)有解決。故，為達(dá)到更好的性能，特別是發(fā)射較大功率時(shí)，建議用戶(hù)芯片底部PAD全部接地，將3.3V走線重新布線。
   二、無(wú)線音頻客戶(hù)做到第一點(diǎn)后還無(wú)法解決有噪聲的問(wèn)題，需要考慮這個(gè)噪聲的來(lái)源，電源的純凈度，因?yàn)镾I24R1相比對(duì)電源更加敏感一些，用戶(hù)可以通過(guò)走線順序來(lái)改進(jìn)。本來(lái)電源的走線順序?yàn)長(zhǎng)DO-MCU-ADC-RF，整個(gè)流程設(shè)計(jì)下來(lái)，走線方便也符合流程，但是這樣的設(shè)計(jì)弊端就是整個(gè)MCU與ADC轉(zhuǎn)換（實(shí)際噪聲maker）的噪聲全部串?dāng)_到RF的電源中，從而影響無(wú)線通信。故，用戶(hù)可以更改電源走線設(shè)計(jì)，LDO出來(lái)后分兩路，一路給到RF，一路給到MCU+ADC。
3.用戶(hù)一直在使用nRF24L01P，替換成Si24R1后發(fā)現(xiàn)功耗突然大了許多。
   解決辦法：對(duì)于已經(jīng)使用nRF24L01+的用戶(hù)，通常用戶(hù)會(huì)將發(fā)射功率配置在0dbm，而此時(shí)的寄存器配置對(duì)于Si24R1來(lái)說(shuō)，此時(shí)的發(fā)射功率是4dbm，此時(shí)消耗電流為16mA,比0dbm配置消耗的電流要大4-5mA,當(dāng)系統(tǒng)采用紐扣電池供電時(shí)，需要注意這個(gè)問(wèn)題。如果不需要大的發(fā)射功率請(qǐng)將發(fā)射功率的配置調(diào)整到小功率模式，具體配置，參考芯片手冊(cè)（可配置為100模式，1dbm發(fā)射功率模式）。Si24R1的最大功率是7dbm，需要專(zhuān)門(mén)配置寄存器，請(qǐng)參考手冊(cè)。
總的說(shuō)來(lái)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)新一代nRF24L01P與上一代nRF24L01相比寄存器沒(méi)有太大的變化，但是有幾個(gè)關(guān)于通信管道和ACK的寄存器的配置還是與上一代不同的。另外，個(gè)人理解shockburst和enhanced shockburst的區(qū)別就在于enhanced shockburst可以在接收機(jī)回復(fù)ACK時(shí)掛上1到32字節(jié)的數(shù)據(jù)包，這樣就實(shí)現(xiàn)了所謂的“全雙工”通信。然而實(shí)際探查這項(xiàng)功能發(fā)現(xiàn)它的作用其實(shí)有限，因?yàn)槭茿CK附加數(shù)據(jù)包，因此它的傳輸可靠性無(wú)法由射頻芯片的校驗(yàn)重發(fā)機(jī)制保證，只能在接收機(jī)軟件上做改進(jìn)，而這有時(shí)還不如讓接收發(fā)送機(jī)依照發(fā)送次序輪流進(jìn)入發(fā)送/接收狀態(tài)來(lái)的方便。只適合回傳一些實(shí)時(shí)性要求高，對(duì)傳輸可靠性要求不嚴(yán)格的數(shù)據(jù)。

所謂知易行難，在著手做最基礎(chǔ)的SPI通信時(shí)就接連遇到了問(wèn)題。首先是AVR的硬SPI無(wú)輸出。經(jīng)過(guò)查找，最終問(wèn)題是SPI設(shè)定為主機(jī)時(shí)，SS口要么設(shè)置為輸出，要么設(shè)置為輸入時(shí)接上拉，否則當(dāng)SS為輸入又懸空或者低電平就會(huì)進(jìn)入從機(jī)模式，自然沒(méi)有輸出。這個(gè)問(wèn)題解決了，接下來(lái)遇到了一個(gè)更基本的問(wèn)題，SPI的通信機(jī)制。一般說(shuō)來(lái)另外兩種常見(jiàn)的通信方式中，UART是有收、發(fā)兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，I2C則是通過(guò)數(shù)據(jù)包頭來(lái)區(qū)分接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)。而SPI只有一個(gè)SPDR寄存器，而且只有寫(xiě)入的時(shí)候啟動(dòng)SPI產(chǎn)生SCK信號(hào)，怎么去讀MISO的數(shù)據(jù)?要自己做外部中斷讀取嗎？后來(lái)才明白，SPI的主機(jī)和從機(jī)各自的一個(gè)SPDR通過(guò)MOSI和MISO串聯(lián)成一個(gè)類(lèi)似環(huán)形的大移位寄存器。主機(jī)的SPDR中的數(shù)據(jù)從MOSI每移除一位，從機(jī)就在相同的SCK上升沿或下降沿通過(guò)MISO將一位數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。這樣，當(dāng)SCK八個(gè)周期后，主機(jī)中的SPDR的數(shù)據(jù)全部移出了而被從機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)填充，從機(jī)則反之，這樣，在一字節(jié)的通信結(jié)束后再讀取SPDR，所返回的數(shù)據(jù)也就是從機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)。

解決了這個(gè)問(wèn)題后與nRF24L01P的通信也就變得簡(jiǎn)單了，先將SS拉低，告知nRF24L01P即將啟動(dòng)SPI通信，當(dāng)通過(guò)MOSI第一次向射頻芯片寫(xiě)入任何字節(jié)時(shí)，MISO上都會(huì)有一個(gè)字節(jié)傳送給主機(jī)，這個(gè)就是芯片默認(rèn)的0X07狀態(tài)寄存器里的數(shù)據(jù)，如果我們?cè)诘谝淮螌?xiě)入讀取0X01寄存器的數(shù)據(jù)，那么0X01寄存器的數(shù)據(jù)只有在下一字節(jié)的通信中才會(huì)通過(guò)MISO回傳給主機(jī)，而發(fā)起下一輪字節(jié)通信就需要主機(jī)繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么問(wèn)題來(lái)了，讀命令已經(jīng)發(fā)送了，那么接下來(lái)我該發(fā)送什么。在nRF24L01P的數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的建議是發(fā)送0XFF，這個(gè)命令對(duì)射頻芯片沒(méi)有任何意義，其實(shí)也可以再隨便發(fā)送其他任意一個(gè)數(shù)，只是為了避免產(chǎn)生不必要的麻煩而發(fā)送0XFF.發(fā)送0X00也可以，而且網(wǎng)上的絕大多數(shù)例程都是這樣用的，但是這實(shí)際上是讀0X00寄存器指令。讀取完畢后，將SS拉高，本輪通信結(jié)束。當(dāng)下一次SS再次拉低時(shí)，一切又重新開(kāi)始。也就是如果上一輪通信的最后MOSI上發(fā)送的是0X00，在這一輪第一次發(fā)送指令時(shí)MISO上移入的并不是0X00寄存器的狀態(tài)，而依舊是默認(rèn)的0X07狀態(tài)寄存器的狀態(tài)。

有些繞，但是仔細(xì)看手冊(cè)就會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)規(guī)則很簡(jiǎn)單。學(xué)習(xí)就是一個(gè)先將書(shū)本學(xué)厚，再將書(shū)本學(xué)薄的過(guò)程。

此外，MISO和IRQ信號(hào)雖然理論上和實(shí)際試驗(yàn)都可以達(dá)到AVR的0.7VDD的高電平檢測(cè)電壓，但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須要做3.3V到5V的電平轉(zhuǎn)換，否則極容易被干擾。而且對(duì)芯片的初始化也要等到開(kāi)機(jī)后500毫秒在進(jìn)行，以免因?yàn)樾酒想姾筮€未穩(wěn)定工作而配置不正常，事實(shí)也的確證明，芯片從上電到穩(wěn)定的確存在一個(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間。
但近年來(lái)國(guó)產(chǎn)芯片的替代品出來(lái)后，有理由項(xiàng)目國(guó)產(chǎn)芯片在支持產(chǎn)品本身需求的前提下，的卻能降低成本。nRF24L01P的國(guó)產(chǎn)替代SI24R1也是有一同測(cè)試，確實(shí)是還可以。

Si24R1Datasheet.pdf

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