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
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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 80
2.11b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 M
odel）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
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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，
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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。
蒙自水芹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。
CH1010采⽤锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为300～1000MHz，适合应⽤跳频协议，⼀般可配出10或20个频点，该芯⽚灵敏度为－109dBm，并可⾃动校准，可编程输出功率为－20dBm～+10dBm，通信速率可达78.6Kbps。
CH1010的主要⼯作参数可由⼀个串⾏接⼝编程设定，使⽤⾮常⽅便并且具有灵活性。CH1010芯⽚的外围元件较少，且对精度要求不⾼，并提供三种编码⽅式与微控制器接⼝。所以CH1010与⼀个微控制器和少数⼏个外接元件便可组成⼀个完整的RF收发系统。调节元器件电容和电阻的参数值可使CH1010⼯作在不同⼯作频率（300～1000MHz）。
微控制器可以通过CH1010的串⾏接⼝（PDATA、PAlE和PCLK）对CH1010进⾏设置，通过CH1010的DIO完成数据的接收和发送。
立式真空炉由上述内容可以看出微功率短距离低成本通信的推出，解决了⽬前市场⽆微功率、短距离、低成本通信的市场空⽩，⽽且在开放国际通⽤ISM频道，客户使⽤⽆须申请，很有市场前景，我公司开发
的⼈⼯智能化⽆线集中抄表系统，采⽤CH1010⽆线通讯芯⽚，包括微功率短距离⽆线通信采集终端、⽆线抄表器，填补市场上微功率短距离⽆线通信⽆线抄表的空⽩，是具有实⽤性的新型产品。
⼈⼯智能化⽆线集中抄表系统是采⽤微功率短距离⽆线通信技术，它使⽤数字信号单⽚射频收发芯⽚（CH1010）、单⽚机技术等平台⽽设计的。加上微控制器和少量外围器件构成专⽤⽆线通信模块，射频芯⽚采⽤FSK调制⽅式，⼯作于ISM频段，通信模块包含特定的数据传输协议和⾃定的加密协议（奇偶校验、SIM卡校验等等），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，数据传输速度快、流量较⼩较适合搭建⼩型⽹络。在我国，尤其在抄表⾏业应⽤⼴泛。
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