CC1101中文数据手册.docx

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CC1101中文数据手册

CC1101

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低成本、低功耗1GHz以下无线收发器（增强型CC1100）

应用

l基于

315/433/868/915MHzISM/SRD

的极低功耗的无线应用。

l无线报警和安全系统

l工业监视和控制

产品描述

CC1101是低成本的1GHz以下的无线收发器，为极低功耗的无线应用而设计。

电路主要设

计为ISM（工业、科学和医疗）和SRD（短距离设备），频段在315、433、868和915，但是可

以很容易的编程，使之工作在其他频率，在300-348MHz，387-464MHz和779-928MHz

频段。

CC1101是CC1100RF收发器改良以及代码一致的版本。

CC1101的主要改进如下：

l改良的伪应答

l更好的关闭相位噪声，因而改善相邻信道功耗（ACP）的性能

l更高的输入饱和级别

l改善输出功率斜面

l扩大工作频段：

CC1100:

400-464MHzand800-928MHz

CC1101:

387-464MHzand779-928MHz

CC1101

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104线串口配置和数据接口

CC1101通过4线SPI兼容接口（SI,SO,SCLK和CSn）进行配置，CC1101作为从设备。

这个接口同事用作读写缓冲器数据。

SPI接口上所有的数据传送都是先传送MSB。

SPI接口上的所有传送都是以一个头字节（headerbyte）开始，包含一个读写位（R/W），

一个突发（burstaccess）访问位（B）和6位地址位（A5~A0）。

在SPI总线上传输数据时，CSn脚必须保持低电平。

如果在发送头字节或者读写寄存器

时CSn拉高，传送将被取消。

SPI接口上地址和数据的发送时序图见图12，并参考表19。

当CSn被拉低，MCU在发送头字节之前，必须等到CC1101的SO脚变为低电平。

这

说明晶振开始工作。

除非芯片在SLEEP或者XOFF状态，SO脚在CSn引脚被拉低后马上

变为低电平。

图12：

配置寄存器读写操作

表19：

SPI接口时序要求

CC1101

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10.1芯片状态字节

当在SPI接口上发送头字节，数据字节或者命令选通（commandstrobe）时，CC1101

在SO引脚上发送芯片状态字节。

状态字节包含对MCU有用的关键状态信号。

第1位，S7，

为CHIP_RDYn信号，在SCLK的第一个上升沿之前，该信号必须变为低电平。

CHIP_RDYn表

示晶振已经开始工作。

第6、5、4位组成（STATE）状态值，该值反映芯片的状态。

在空闲（IDLE）状态，

XOSC和数字核的电源被打开，但是其他模块全部掉电。

频率和信道配置只能在芯片处于该

状态时被更新。

当芯片处于接收模式时，接收（RX）状态被激活。

同样，当芯片处于发送

模式时，发送（TX）状态被激活。

状态字节的最后4位（3：

0）包含FIFO_BYTES_AVAILABLE。

在读操作中（头字节的

R/W位置1），FIFO_BYTES_AVAILABLE包含从RXFIFO可读到的数据字节数。

在写操作中

（头字节的R/W位置0），FIFO_BYTES_AVAILABLE包含可写入到TXFIFO中的字节数。

当FIFO_BYTES_AVAILABLE=15，15个或者更多字节是可读的/空闲的。

表20为状态字节概要。

位名称描述

7CHIP_RDYn保持高电平，直到电源和晶振稳定。

当时用SPI接口时必须

变为低电平。

6:

4STATE[2:

0]显示当前主状态机器模式

值状态描述

000IDLE空闲状态

001RX接收模式

010TX发送模式

011FSTXON快速TX准备

100CALIBRATE频率合成器校准运行中

101SETTLINGPLL设置中

110RXFIFO_OVE

RFLOW

RXFIFO溢出。

读出有用的数

据，时用SFRX清洗FIFO

111TXFIFO_UND

ERFLOW

TXFIFO下溢，使用SFTX命令

3:

0FIFO_BYTES_AVAILA

BLE[3:

0]

表20：

状态字节概要

10.2寄存器访问

CC1101的配置寄存器位于SPI地址的0x00~0x2E。

64页的表37列出了所有配置寄存

器。

推荐使用SmartRF@Studio生成合适的寄存器设定值。

每个寄存器的详细说明见67页的

29.1和29.2。

所有配置寄存器都是可读写的。

当写寄存器时，每次一个头字节或者数据字节在

SI引脚上传送，一个状态字节都在SO引脚上传送。

当读寄存器时，每次一个头字节在SI引脚

上传送时，一个状态字节都在SO引脚上传送。

通过设置头字节的burst位（B）可以高效的实现寄存器的连续地址访问。

地址位（A5~A0）

CC1101

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在内部地址指针中设置起始地址。

指针通过每一个新的字节自动增加（每8个时钟脉冲）。

突

发访问可以是读，也可以是写访问，必须通过将CS脚拉高来停止操作。

在0x30-0x3D的寄存器地址范围，burst位置1选择状态寄存器，而burst置0选择命令选通

（commandstrobes）。

详见10.3。

因此，突发访问不可用于状态寄存器的访问，一次只能访问

一个状态寄存器。

状态寄存器为只读。

10.3读SPI

10.4命令选通（commandstrobes）

命令选通可以看做是CC1101的一个单字节指令。

通过寻址一个命令选通寄存器，将启

动内部序列。

这些命令用来禁止晶振，使能接收，使能无线唤醒等。

13个命令选通的清单

见63页的表36。

Note：

一个SIDLE命令将清除所有的未定命令，直到达到IDLE状态。

这意味着比如

当无线处于接收状态时执行SIDLE命令，当无线达到IDLE状态之前执行任何其他的命令

选通都是无效的。

命令选通寄存器通过发送单一的头字节来访问（不传送数据字节）。

也就是说，只有一

个R/W位，一个突发访问位（置0）和6位地址位（在0x30~0x3D范围内）被传送。

R/W

位可以是1或者0，这将决定状态字节中的FIFO_BYTES_AVAILABLE区域如何确认。

当写命令选通时，状态字节将在SO引脚上被发送。

命令选通可以在CSn不被拉高的情况下，跟随在任何其他SPI访问之后。

然而，如果

一个SRES命令被执行，下一个头字节被执行之前必须等到SO引脚被拉低，见图13。

命令

选通将立即被执行，除了SPWD和SXOFF命令在CSn拉高之后执行。

10.5FIFO访问

64字节的TXFIFO和64字节的RXFIFO通过0x3F地址访问。

当R/W位置0时，

TXFIFO被访问，当R/W位置1时RXFIFO被访问。

TXFIFO为只写，RXFIFO为

只读。

Burst位用来确定FIFO访问时单字节访问还是突发访问。

单字节访问方式是一个burst

位置0的头字节和一个数据字节。

数据字节之后，跟随一个新的头字节。

因此，CSn可以保

持低电平。

突发访问的方式是一个头字节和连续的数据字节，直到将CSn拉高来停止访问。

使用下列头字节来访问FIFO：

Ø0x3F：

单字节访问TXFIFO

Ø0x7F：

突发访问TXFIFO

CC1101

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Ø0xBF：

单字节访问RXFIFO

Ø0xFF：

突发访问RXFIFO

当向TXFIFO写入数据时，在每一个新的字节发送时状态字节在SO引脚上输出。

（图

12）当向TXFIFO写入数据时，状态字节可以用来检测TXFIFO的下溢。

注意状态字节包含的空闲字节数是正在传送到TXFIFO的字节写入之前的值。

当最后

一个可以写入TXFIFO的字节在SI引脚上传送的时候，同时在SO引脚上接收的状态字

节将显示TXFIFO中有一个字节的空闲。

TXFIFO可以通过SFTX命令刷新。

同样SFRX命令可以刷新RXFIFO。

SFTX和SFRX命令

只能再IDLE、TXFIFO_UNDERFLOW、RXFIFO_OVERFLOW状态使用。

在进入SLEEP

状态时，两个FIFO都将被刷新。

10.6PATABLE访问

0x3E地址用来访问PATABLE，用来选择PA功率控制设置。

SPI在接收到该地址后，

传送8字节数据。

通过编程PATABLE，可以完成对PA功率的增加和减少的控制，以及ASK

调制的修正以减小带宽。

参照samrtRFstudio推荐的修正和PA序列。

参照55页的Section

24对PA功率输出编程的详细说明。

PATABLE是一个8字节表，定义PA功率控制使用的8个字节中的任意值。

（通过

FREND0.PA_POWER中的3位值选择）表格可以从最低设置（0）到最高的（7）读写，一次

一个字节。

一个索引指针用来控制访问表格。

指针在每次读写表格的一个字节时自动增加，

并且在CSn拉高时自动设置为最小值。

当达到最高值时自动复位。

依靠burst位，访问PATABLE既可以是单字节访问也可以是突发访问。

当时用突发访

问时，索引指针自动增加，当指针达到7时，自动复位为0。

R/W位控制访问时读操作还是

写操作。

注意，当进入SLEEP状态时PATABLE的内容将全部消失，除了第一个字节（index0）。

11.MCU接口和引脚配置

在典型系统中，CC1101必须连接MCU。

MCU必须具备：

Ø编程CC1101到不同的模式。

Ø读写数据缓冲器。

Ø通过4线SPI总线（SI、SO、SCLK和CSn）读取状态信息。

CC1101

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11.1配置接口

MCU使用4个IO口作为SPI配置接口。

（SI、SO、SCLK和CSn）SPI的描述见28页

的Section10。

11.2基本控制和状态脚

CC1101有2个专用配置脚（GDO0和GDO2）和一个共用脚（GDO1）可以向控制软件

输出有用的内部状态信息。

这些脚可以用来向MCU产生中断。

GDO1和SPI的SO引脚共用。

GDO1/SO的默认设置时3态输出。

通过选择任何编程

选项，GDO1/S将变为普通引脚。

当CSn拉低，该引脚将始终作为普通的SO功能引脚。

在同步和异步串行模式，在发送模式下，GDO0引脚将作为串行TX数据输入引脚。

GDO0也可以用作片上模拟温度传感器。

通过外部ADC测量GDO0脚的电压，可以计算

出温度。

温度传感器的详细说明见18页的Section4.7。

通过默认的PTEST寄存器设置

（0x7F），如果频率合成器被允许温度传感器的的输出时可用的。

（例如：

MANCAL，

FSTXON，RX和TX状态）在IDLE状态向PTEST寄存器写入0xBF允许模拟温度传感器是必

要的。

离开IDLE状态之前，必须恢复PTEST寄存器为默认值（0x7F）。

11.3可选的无线控制特性

CC1101有一个可选的控制方式，通过SPI接口的SI，SCLK和CSn的重新使用。

这

个特性允许普通的三引脚控制无线的主要状态：

SLEEP，IDLE，RX和TX。

这些附加功能

通过MCSM0.PIN_CTRL_EN配置为来使能。

状态变化遵从以下命令：

n如果CSn被拉高，SI和SCLK依照表21设置好想要的状态。

n如果CSn被拉低，SI和SCLK的状态被锁定，按照引脚的配置在内部产生一个

commandstrobe。

只允许在功能实现之后改变状态。

例如，如果SI和SCLK设置为RX状态，并且已经

由CSn触发，RX将不能再重新启动。

当CSn拉低吼，SI和SCLK将作为普通的SPI

功能。

除了SPWD外，所有引脚控制命令将立即执行，SPWD延时到CSn拉高后执行。

CC1101

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12数据速率编程

发送或者接收的数据速率通过MDMCFG3.DRATE_M和MDMCFG4.DRATE_E配置寄存器

来编程。

数据速率由下面的公式来计算。

根据公式，数据速率的编程依赖于晶振频率。

下面的方面可以计算出适合的数据速率：

如果DRATE_M接近整数并且变为256，DRATE_E加1并且DRATE_M=0.

数据速率可以设置为从1.2K~500K，按照表22的最小步值。

13接收信道滤波带宽

为了区分不同信道带宽，接收信道滤波器是可设置的。

MDMCFG4.CHANBW_E和

DMCFG4.CHANBW_M配置寄存器控制接收信道滤波器带宽，通过晶振频率来衡量。

下面的公式给出寄存器配置和信道滤波带宽之间的关系：

表23列出了CC1101支持的信道滤波带宽。

CC1101

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为了达到更好的性能，信道滤波带宽必须设置以至于信号带宽至多占80%的信道滤波带

宽。

对于晶振精度的信道中心公差应该从信号带宽中减去。

下面举例说明：

信道滤波带宽设置为500kHz，信号带宽保持在500kHz的80%之内，400kHz。

发送

和接收设备都在中心频率915MHz和±20ppm频率误差，总共的频率误差是915MHz的±

40ppm，即±37kHz。

如果整个发送的信号带宽达到接收的400kHz之内，发送信号带宽

的最大值为400kHz-2*37kHz，即326kHz。

通过修正发送和接收的频率偏移，滤波带宽可以减小，并且可以改善灵敏度。

详见

DN005[20]和Section14.1。

14解调器、符号同步器和数据判定

CC1101包含一个高级的和高可配置的解调器。

信道滤波和频率偏移补偿都可以数字化。

14.1频率偏移补偿

CC1101有非常好的频率分辨率。

（表12）这个特性可以用来补偿频率偏移和温漂。

当时用2-FSK、GFSK或MSK调制时，解调器将在发送和接收频率的一定界限内，通

过估计接收数据的中心，补偿频率偏移。

频率偏移补偿配置由FOCCFG寄存器控制。

通过

补偿发送和接收之间最大的频率偏移，可以改善灵敏度，见DN005。

运算法则的跟踪范围是通过FOCCFG.FOC_LIMIT配置寄存器选择一部分信道带宽。

如果FOCCFG.FOC_BS_CS_GATE位设置，频率补偿将被冻结，直到carriersense生效。

这对于无线常时间处于RX状态而没有通信是非常有用的，sincethealgorithmmaydrifttothe

boundarieswhentryingtotracknoise。

追踪循环有两个增益要素，影响设定时间和运算的噪声灵敏度。

同步字节被检测到之前

由FOCCFG.FOC_PRE_K设定增益，同步字节检测到之后由FOCCFG.FOC_POST_K选择增

益。

注意：

ASK和OOK调制不支持频率偏移补偿。

在FREQEST状态寄存器中的预置频率偏移值是可用的。

可以用作永久的频率偏移补偿。

通过把FREQEST中的值写入FSCTRL0.FREQOFF，平率合成器将依照预置频率偏移自动被

调整。

更详细的关于永久频率补偿计算参照DN015[13]。

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14.2位同步

14.3字节同步

字节同步通过连续的同步字查询实现。

同步字是一个16位配置区（可重复得到32位），

在发送模式下通过调制器自动插入到包的起始。

在同步字中MSB首先发送。

解调器使用这

个区域寻找比特流中的字节边界。

同步字也有系统标识符的功能，因此如果RX中的同步字

检测在寄存器MDMCFG2中被使能（Section17.1），只有正确的预先确定的同步字的包

才接收。

同步字检测可以关联用户配置的16或者32位同步字。

关联端可以设置为15/16、

16/16或30/32位匹配。

同步字能更好的使用前导质量指示机制的描述和/或载波监听条件。

同步字通过SYNC1和SYNC0寄存器配置。

为了确保同步字检测的错误更少，一个前导质量指示（PQI）机制被用来仙子同步字。

为确保同步字被接收，必须超过前导质量的门限值。

详见42页Section。

15数据包处理的硬件支持

CC1101有内置的硬件支持作为数据包导向的无线协议。

在发送模式，数据包的处理者可以配置增加下面的元素到TXFIFO中的数据包存储：

n一个可编程数量的前导字节。

n两字节同步字。

可复制为4字节同步字。

只插入前导字节或者同步字节是不可能的。

n一个覆盖数据区域的CRC校验计算。

推荐设置4字节前导和4字节同步字，除了500k波特率时推荐使用8字节前导。

另外，

在数据区域和附加的2字节CRC校验，以下可以被执行：

n使用PN9序列Whitening数据。

n通过使用交叉和编码数据（卷积编码）前向纠错。

在接收模式，数据包处理支持将是解构数据包，（如使能）以下可以被执行：

n前导检测

n同步字检测

nCRC计算和CRC检查

n一个字节地址检测

n包长度检查（根据设置的最大长度检查长度字节）

n反Whitening

n反交叉和解码

另外，RSSI（接收信号强度指示）、LQI（链路质量指示）和CRC状态的两个状态字

节可以附加在RXFIFO。

CC1101

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注意：

控制数据包处理特性的寄存器区只能再CC1101处于IDLE状态时被修改。

15.1DataWhitening

将PKTCTRL0.WHITE_DATA置1，除了前导和同步字外，所有的数据在发送前将XOR

一个9位的伪随机序列（PN9）。

在接收结束后，数据将使用相同的伪随机序列XOR。

PN9

序列初始化全部为1。

15.2数据包格式

数据包的格式可以配置为由以下部分组成：

n前导

n同步字

n可选的长度字节

n可选的地址字节

n净荷

n可选的2字节CRC

前导的格式是一个交叉的1和0的序列（10101010……）。

前导的最小长度可以通过

MDMCFG1.NUM_PREAMBLE的值来设置。

当使能发送，调制器将开始发送前导。

当发送完

编程数量的前导子节后，调制器开始发送同步字和TXFIFO中的可用数据。

如果TXFIFO

是空的，调制器将继续发送前导字节，直到第一个字节写入到TXFIFO。

调制器将接着发

送同步字和数据字节。

同步字是在SYNC1和SYNC0寄存器中设置的2字节数据。

同步字节提供了引入数据包

的字节同步。

一个字节的同步字可以复制，通过设定SYNC1的值到前导格式。

也可以通过

设定MDMCFG2.SYNC_MODE的值为3或7将同步字复制为32位。

同步字将被复制2次。

CC1101支持定长数据包协议和变长数据包协议。

可变的或固定数据包长度模式可用于

最长255字节数据包长度。

再长的数据包，就必须使用无限数据包长度模式。

CC1101

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固定数据包长度模式通过设定PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG=0来选择。

期望的数据包

长度通过PKTLEN寄存器来设置。

在可变数据包长度模式，PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG=1，数据包长度由同步字后面

的第一个字节配置。

数据包长度定义为有效载荷，不包括长度字节和可选的CRC。

PKTLEN

用来配置允许接收的最大数据包长度。

任何接收的数据包长度大于PKTLEN的值都将被丢

弃。

PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG=2，数据包长度将设置为无限长，发送和接收将持续到

手动关闭。

在下一部分描述中，将使用不同长度的配置来支持数据包格式。

必须确保在发送

前半个或任何字节的时候TX模式不被关闭。

参考CC1101的勘误表。

15.2.1任意长度区域配置

数据包长度寄存器PKTLEN，在接收和发送时可以重新编程。

结合固定数据包长度模式

（PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG=0），这使与变长数据包不同的长度配置成为可能。

（在

可变数据包长度模式下长度字节是同步字节后第一个字节）在接收开始，数据包长度设置为

一个大的值。

MCU读取足够多的字节来解析数据包中的长度区域。

然后依照这个值对

PKTLEN进行设置。

当数据包处理器中的字节指针等于PKTLEN寄存器的值时数据包结束。

因此，MCU必须在内部指针达到数据包长度之前确认正确的长度。

15.2.2数据包长度大于255

数据包自动控制寄存器PKTCTRL0，可以在TX和RX期间重新编程。

这就使发送和接

收数据包长度超过256字节并且仍然使用数据包处理器硬件支持成为可能。

在数据包开始

时，必须激活无限数据包长度模式（PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG=2）。

在发送端，PKTLEN

寄存器设置为模（长度，256）。

在接收端，MCU读出足够长度的字节来解析出数据包长度

并设置PKTLEN寄存器为模（长度，256）。

当数据包中还有少于256字节数据，MCU禁

止数据包无限长度模式并且激活固定长度模式。

当内部字节指针达到PKTLEN时，发送和

接收结束。

（无线进入的状态由TXOFF_MODE或RXOFF_MODE决定）自动CRC添加/校验

也可以使用（通过设置PKTCTRL0.CRC_EN=1）。

例如当药发送一个600字节的数据包时，MCU必须按照以下执行：

l设置PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG=2。

l重新设置PKTLEN寄存器模（600，256）=88.

l至少发送345字节（600-255），例如通过填充64字节TXFIFO6次（发送

384字节）。

l设置PKTCTRL0.LENGTH_CONFIG=0。

l当数据包指针达到88发送完成。

一共600字节被发送。

CC1101

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15.3接收模式下的数据过滤

CC1101支持三种不同类型的数据包过滤：

地址过滤，最大长度过滤和CRC过滤。

15.3.1地址过滤

设置PKTCTRL1.ADR_CHK为任意大于0的值使能数据包地址过滤。

数据包处理器启动后

将比较数据包中的目标地址字节和在ADDR寄存器中设置的节点地址或者当

PKTCTRL1.ADR_CHK=10时的广播地址0x00以及PKTCTRL1.ADR_CHK=11时的广播地址

0x00和0xFF。

如果接收的地址匹配到