一、nRF401功能简介
nRF401是北欧集成电路公司推出的无线收发一体芯片，采用蓝牙核心技术设计，工作于433/434 MHz的ISM(Industrial ScientifIC MeDICal)频段。nRF401将很多功能和外围部件协议集成在芯片内部，是目前业界唯一可直接接单片机串口进行数据传输的无线收发芯片，经RS - 232电平转换后，也可接至计算机串口。
nRF401系列无线收发芯片的显著特点是外围元件极少（约10个，其他产品如TRF6900外围元件达50个），没有调试部件，便于开发与生产。nRF401采用便宜且易于获得的4 MHz晶体作为PLL频率基准源，无须外接昂贵的变容二极管；而其他竞争产品大多需要外接变容二极管。其他无线收发芯片一般须进行曼彻斯特编码后才能传输，大大增加了软件的工作量和产品开发的难度；而nRF401系列独特的技术可以直接传送单片机串口数据。采用DSS(直接数字合成)+PLL(锁相环稳频)频率合成技术，频率稳定性好，具有较强的抗干扰能力。由于发射功率小，接收灵敏度高，因此使用时无须申请许可证，能满足无线手持设备与嵌入式系统的要求，广泛应用于保安系统、无线远程抄表、家庭自动化、遥控、遥测、非接触智能卡、无线通信等领域。nRF401与A/D、D/A器件配合使用，将有关信号转换成数字信号后还可以传输语音甚至图像信号。
二、内部结构与功能参数
1．电气特性
nRF401的发射功率最大10 mW，工作电压2.7～5 V，发射电流8～30 mA（与发射功率有关），接收电流约10 mA，待机电流8μA，灵敏度-105 dBm，封装20脚贴片，速率最高19.2 Kb/s，工作频段433/434 MHz，有2个信道，调制方式FSK，适合工业控制场所。
nRF401参数指标如表1- 47所列。
2．内部结构与外围器件
nRF401的内部结构与外围器件如图1- 155所示。
从引脚9输入的数字信号经PLL、VCO完成频率合成与调制。射频振荡器的中心频率由外部参考晶振决定，外接滤波回路为VCO提供反馈电压，用于稳频。调制后的射频信号经PA功率放大后从天线端输出。
从天线接收到的射频信号经低噪高增益放大器LNA放大，再经滤波、频率解调后转换成数字信号，从引脚10输出。
3．引脚功能
nRF401为20引脚、SSOIC封装。引脚功能如表1- 48所列。
2．内部结构与外围器件
nRF401的内部结构与外围器件如图1- 155所示。
从引脚9输入的数字信号经PLL、VCO完成频率合成与调制。射频振荡器的中心频率由外部参考晶振决定，外接滤波回路为VCO提供反馈电压，用于稳频。调制后的射频信号经PA功率放大后从天线端输出。
从天线接收到的射频信号经低噪高增益放大器LNA放大，再经滤波、频率解调后转换成数字信号，从引脚10输出。
3．引脚功能
nRF401为20引脚、SSOIC封装。引脚功能如表1- 48所列。
三、应用设计
1．天线与射频输出能量
ANT1和ANT2引脚在nRF401处于接收模式时为片内LNA( Low Noise Amplifer)提供RF输入，在芯片发射模式时从内部PA( Power Amplifer)输出RF信号。nRF401连接微带天线，推荐负载为400 Q。
图1-156所示为印刷板上带微带天线的典型应用电路。其中输出级(PA)包含2个集电极开路的三极管，对PA的电源供应必须通过集电极负载。如图1- 156所示，在ANTl/ANT2引脚连接的微带天线，电源必须加在天线环的中心；也可以用单端天线或50测试仪器，通过一个差动匹配网络连到芯片上。
连接在RF_PWR脚与Vss脚之间的外部偏置电阻R3用来调节输出放大器(PA)的增益，从而调节射频输出能量。在400 Ω的负载下，发射功率最大能达到+10 dBm。
2．PLL环路滤波器、VCO电感及参考晶振的选择
频率合成器的二阶锁相环路须外接一个单端的相位滞后滤波器，推荐的器件参数为：
片上的压控振荡器VCO(Voltage ControlLED Oscillator)需在VC01与VC02引脚间接一个22 mH的电感。该电感必须为高质量的片型电感，Q>45（在433 MHz，最大偏差不超过±2%条件下）。
为使晶体振荡器节能、高效地工作，需要选择适当的器件作为晶体衰减和电容负载。晶体参数如下：
●晶体本振频率：f=4 MHz;
●晶体等效电容：Co≤5pF；
●晶体等效串联电阻：RES≤150 Ω；
●总电容负载，包括PCB配线的电容：CL≤14 pF。
因此，如图1- 156所示晶振中的电容负载为：
芯片和微控制器共用一个晶振时，参考晶振的引线必须远离全速率数据与控制信号线。
3．PCB布线和抗干扰设计
PCB板的设计关系到整个系统的射频性能。推荐使用至少2层的PCB板，并且包含一个接地层。NRF401的电源必须经过滤波并且与数字电路的电源隔离，最好与小电容并接一只表面贴装的大电容，避免使用长电源线。VDD电源与旁路电容应尽量靠近模块。VsS端可靠接地。
全速率数据和控制信号线不能靠近PLL滤波器的元件或外部VCO电感。
VCO电感的布置也很重要。VCO电感处于最佳位置时，PLL滤波回路端的电压为1. 1+0.2 V，能在FILTl(脚4)引脚测量到。对于0603型的电感，其中点与VC01、VC02中点间的距离应为5.4 mm。
4．无线通信距离的计算
通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。T面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗：
式中：Los是传播损耗，单位为dB;d是传输距离，单位是km；f是工作频率，单位是MHz。
由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率，和传播距离d有关，当f或d增大1倍时，Los将分别增加6 dB。
一个工作频率为433. 92 MHz，发射功率为+10 dBm(10 mW)，接收灵敏度为- 105 dBm的系统，在自由空间的传输距离计算如下：
由Los和f计算得出d =9.7 km
这是理想状况下的传输距离，实际应用中会低于该值。这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗。将上述损耗的参考值计入上式，即可计算出近似通信距离。
假定大气、遮挡等造成的损耗为25 dB，可以计算得出通信距离为d=l.7 km。
