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AT86RF212编程中文手册.pdf

发布时间：2022-05-31 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.10M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    免责声明
    1. 概览
    1.1 基本电路说明
    2. 引脚配置
    2.1 引脚排列原理图
    2.2 引脚说明
    3. 应用电路
    3.1基本应用原理图
    3.2 扩展功能组应用原理图
    4. 微控制器接口
    4.1概览
    4.2 SPI时序介绍
    4.3 SPI协议
    4.4 PHY 状态信息
    4.5无线电收发器识别
    4.6睡眠/唤醒与发送信号（SLP_TR）
    4.7 中断逻辑
    5. 操作模式
    5.1基本操作模式
    5.2扩展操作模式
    6. 功能介绍
    6.1序言-IEEE802.15.4-2006帧结构
    6.2帧滤波器
    6.3 帧校验序列（FCS）
    6.4接收信号强度指示器（RSSI）
    6.5 能量检测（ED）
    6.6 空闲信道评估（CCA）
    6.7说前先听（LBT）
    6.8链路质量显示（LQI）
    7. 模块说明
    7.1 物理层模式
    7.2接收器（RX）
    7.3发送器（TX）
    7.4 帧缓冲
    7.5 电压调节器（AVREG, DVREG）
    7.6电池监测器（BATMON）
    7.7晶体振荡器（XOSC）及时钟输出（CLKM）
    7.8频率合成器（PLL）
    7.9 自动滤波器调整（FTN）
    8. 无线电收发器的使用
    8.1帧接收程序
    8.2帧发送程序
    9. 扩展功能设置
    9.1安全模块（AES）
    9.2随机数发生器
    9.3可支持基于MAC天线分集的差分输出
    9.4 RX/TX指示器
    9.5 RX帧时间戳
    9.6帧缓冲空闲指示器
    9.7动态帧缓冲保护
    9.8可配置帧起始定界符（SFD）
    10. 电学特性
    10.1 绝对最大定额值
    10.2 操作范围
    10.4数字接口时序特性
    10.5收发器基本规格
    10.6发送器特性
    10.7接收器特性
    10.8 电流消耗规格
    10.9 晶体参数要求
    12. 缩写释义
    13. 订购信息
    14. 焊锡信息
    15. 封装热性能
    16. 封装示意图-32QN2
    附件A——连续发送测试模式
    A.1-概览
    A.2-配置
    A.3-寄存器说明
    附件 B-勘误
    AT86RF212 修订版A
    参考资料
    目录
    性能特点 ·全集成 700/800/900MHz 频段收发器 -中国 WPAN 频段 779 至 787MHz -欧洲 SRD 频段 863 至 870MHz -北美 ISM 频段 902 至 928MHz ·配有多个不同调制制式与数据传输速率的直接时序扩展频谱 -数据传输速率为 20kbit/s 与 40kbit/s 的 BPSK 调制制式（符合 IEEE802.15.4-2006 标准） IEEE802.15.4-2006 标准） - 数 据 传 输 速 率 为 100kbit/s 与 250kbit/s 的 O-QPSK 调 制 制 式 （ 符 合 -数据传输速率为 250kbit/s 的 O-QPSK 调制制式（符合 IEEE P802.15.4c 标准） -PSDU 数据传输速率为 200kbit/s、400kbit/s、500kbit/s 及 1000kbit/s 的 O-QPSK 调制制式 ·多频谱与数据传输速率的灵活组合 ·业界领先的链路预算 -接受灵敏度可达-110dBm -可编程发送输出频率可达+10dBm ·低电源电压：1.8V 至 3.6V -内置电压调节器及电池监视器 ·低电流消耗 AT86RF212 适用于 IEEE802.15.4 与 P802.15.4c 标准草拟修订本标 准，采用 Zigbee，6LoWPAN 及 ISM 技术频段应用的 700/800/900MHz 频段低功耗 收发器 初级 8168B-MCU Wireless-03/09 -睡眠（SLEEP）=0.2µA -收发器关闭(TRX_OFF)=0.4mA -接收状态（RX_ON）=9.0mA -占用状态（BUSY_TX）=18mA (于发送功率=5dBm 时) ·数字接口 -寄存器、帧缓冲及通过 SPI（状态包检测）实现 AES（高级加密标准） -可设置速率的时钟输出 ·无线电收发器性能特点 -可调节接受灵敏度 -内置发送/接收开关，LNA 及 PLL 环路滤波器 -快速建立 PLL 支持频率 -自动压控振荡器（VCO）及滤波器校准 -内置 16MHz 晶体振荡器 -128 字节发送/接收“先入先出”（FIFO）功能 ·IEEE802.15.4-2006 标准硬件支持 -帧校验时序（FCS）的计算与检查 -空信道检测 -接收信号强度指示器，能量检测及链路质量指示 ·MAC 协议硬件加速器 -自动确认及重传 -CSMA-CA 及 LBT 协议 -自动帧滤波 ·AES（高级加密标准）128 位硬件加速器（ECB 与 CBC 模式） ·扩展功能包硬件支持功能 -安全应用的真随机数生成 -发送/接收指示（外置 RF 前端控制） -基于 MAC 协议的天线分集 ·优化设计旨在降低材料成本并简化生产过程 -低外置部件成本：天线，参照晶体及旁路电容 -卓越的抗静电放电（ESD）保护性能 ·作业温度范围为-40ºC 至+85ºC ·32 针塑料方形扁平无引线（QFN）封装，尺寸为 5.0x5.0x0.9mm³ ·符合 IEEE802.15.4-2003、IEEE802.15.4-2006 及 IEEE P802.15.4c/D6, ETSI EN 300 220-1 及
    FCC 47 CFR 第 15.247 节的标准要求 免责声明 本数据手册中所含值乃基于以类似处理技术制造的其他收发器的模拟与特性表征。待设备特性设 置确定之后将提供最终值。 1. 概览 AT86RF212 是一款专为低成本的 IEEE802.15.4 标准 ZigBee™技术、6LoWPAN 技术与高数据传输 速率的 ISM 应用而设计的低功耗、低电压 700/800/900MHz 频段收发器。为了支持 sub-1 GHz 频 段，设备可支持 IEEE 802.15.4-2003 标准[2]低数据传输速率（20 和 40kbit/s）并通过 O-QPSK 调 制制式分别支持符合IEEE 802.15.4-2006[1]和IEEE P802.15.4c 草拟修订本[3]标准的选用数据传输 速率（100 和 250kbit/s）。此外，还可实现特有的高达 1000 kbit/s 的高数据传输速率模式。 AT86RF212 是真正的 SPI 到天线的解决方案。除了天线,晶体振荡器和去耦电容外,所有的 RF 主要 元件都集成在单一芯片内。MAC 及 AES 硬件加速改善整个系统的功耗利用率和时效性。 1.1 基本电路说明 单片无线电收发器 AT86RF212 提供了在天线和微控制器接口之间的完整无线电接口。它包括了模 拟无线电器件和数字调制器与解调器,包括时间和频率同步以及数据缓冲器。将外置器件的数量尽 可能地减少，只须将天线、一个滤波器（用于高输出功率电平）、晶体和四个旁路电容外置。而 双向差分天线引脚通常用于发送和接收，因此无需外部天线开关。通过两个数字控制信号（差分 操作）实现对外置功率放大器的控制。收发器结构图如图 1-1 所示。 AT86RF212 2 8168B-MCU Wireless-03/09
    AT86RF212 图 1-1 AT86RF212 结构图 1 L A T X 2 L A T X 发送功率 TX Power XOSC Voltage 电压调节器 Regulator 配置寄存器 Configuration Registers PA 混 合 Mixer 器 LPF DAC TX BBP SPI (Slave) (从器件) /SEL MISO MOSI SCLK RFP RFN Frequency 频率合成 Synthesis FTN, FTN, 电 池 监 BATMON 测器 收发器缓存器 TRX Buffer AES LNA PPF 混 合 器 Mixer BPF ADC RX BBP 模拟域 Analog Domain AGC 逻辑控制单元 Control Logic 数字域 Digital Domain IRQ CLKM DIG1 DIG2 /RST SLP_TR DIG3/4 8168B-MCU Wireless-03/09 接收器通路以低中频结构为基础。在经过信道化滤波与下变频处理之后，对低中频信号取样并经 数字信号处理器件处理。发送器与接收器之间的通信基于配有多个不同调制制式及扩展编码的直 接时序扩展频谱。AT86RF212 支持 IEEE802.15.4-2006 标准的强制性 BPSK 调制制式及可选用的 868.3MHz 及 915MHz 频段 O-QPSK 调制制式。此外，它还支持在 IEEE P802.15.4c 标准下对 780MHz 中国频段规定的 O-QPSK 调制制式。 一个 128 字节收发器缓存器负责存储接收或发射的数据。 AT86RF212 无线电收发器具有硬件支持的 128 位安全操作特色功能。可在平行于所有 PHY 操作 模式的情况下，访问完全独立的 AES 加解密引擎。AT86RF212 的配置，数据存储器读取与写入 及 AES 硬件引擎均由 SPI 接口及附加控制信号控制。 单芯片低压差电压调节器可为模拟域与数字域提供 1.8V 电源。当调节器关闭时，控制寄存器将 保持其在睡眠模式下的设置。发送与接收信号处理通路均经过高度集成与优化，以实现低功耗的 目的。 3
    2. 引脚配置 2.1 引脚排列原理图 图 2-1 AT86RF212 引脚排列原理图 S S V A 2 L A T X 1 L A T X D D V E S S V A S S V A S S V A D D V A DIG3 DIG4 AVSS RFP RFN AVSS DVSS /RST 1 2 3 4 5 6 7 8 32 31 30 29 28 27 26 25 exposed paddle AVSS AT86RF212 24 23 22 21 20 19 18 17 9 10 11 12 13 14 15 16 1 G D I 2 G D I R T _ P L S S S V D D D V D D D V D S S V D D D V E D IRQ /SEL MOSI DVSS MISO SCLK DVSS CLKM 附注：裸露焊盘电路与封装内垫板连接。应将其焊接至电路板上以保证电接触与热接触正常和良 好的机械稳定性。 2.2 引脚说明 表 2-1 引脚说明 类型 数字输出 接收/发送指示，参见 9.4 小节； 说明 如不可用，则内拉至 AVSS 数字输出 接收/发送（DIG3 转换）指示，参见 9.4 小节； 如不可用，内拉至 AVSS RF 信号接地端 差分 RF 信号 差分 RF 信号 RF 信号接地端 数字接地端 接地端 RF I/O RF I/O 接地端 接地端 数字输入 芯片低可用复位 数字输出 天线分集 RF 开关控制，参看 9.3 小节； 如不可用，则内拉至 DVSS 引脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 DIG3 DIG4 AVSS RFP RFN AVSS DVSS /RST DIG1 4 AT86RF212 8168B-MCU Wireless-03/09
    引脚 名称 10 DIG2 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 SLP_TR DVSS DVDD DVDD DEVDD DVSS CLKM DVSS SCLK MISO DVSS MOSI /SEL IRQ 类型 数字输出 数字输入 接地端 模拟 模拟 电源 接地端 数字输出 接地端 数字输入 数字输出 接地端 数字输入 数字输入 数字输出 AT86RF212 说明 1.天线分集 RF 开关控制（DIG1 转换），参看 9.3 小节 2.发送器帧时间戳信号 IRQ_2(发送器_启动)，参看 9.5 小节。 如不可用，则内拉至 DVSS 控制睡眠，发送启动，接收状态；高有效，参看 4.6 小节 数字接地端 1.8V 内置稳压电源；数字域，参看 7.5 小节 1.8V 内置稳压电源；数字域，参看 7.5 小节 外置电源电压；数字域 数字接地端 主时钟信号输出；如不可用则下拉，参看 7.7 小节 数字接地端 SPI 时钟 SPI 数据输出（主输入从输出） 数字接地端 SPI 数据输出（主输出从输入） SPI 选择，低可用 1. 中断请求信号；高可用或低可用，参看 4.7 小节 2. 缓存电平模式指示器；高可用 晶体引脚，参看 2.2.1.3 和 7.7 小节 晶体引脚或外置时钟电源，参看 2.2.1.3 和 7.7 小节 模拟接地端 外置电源，模拟域 1.8V 内置稳压电源；模拟域，参看 7.5 小节 模拟接地端 模拟接地端 模拟接地端 模拟接地端；QFN 封装裸露焊盘 XTAL2 25 XTAL1 26 AVSS 27 EVDD 28 AVDD 29 AVSS 30 AVSS 31 AVSS 32 焊盘 AVSS 2.2.1 模拟引脚与 RF 引脚 2.2.1.1 电源引脚与接地引脚 模拟 模拟 接地端 电源 模拟 接地端 接地端 接地端 接地端 EVDD,DEVDD EVDD 与 DEVDD 为 AT86RF212 无线电收发器的模拟与数字电源电压引脚。 AVDD，DVDD AVDD 与 DVDD 为内置电压调节器，为保证稳定操作须使用旁路电容。电压调节器由无线电收发器状 态机独立控制，其可用性取决于当前的无线电收发器状态。可为外部电源配置电压调节器。详情参看 7.5 小节。 AVSS,DVSS AVSS 和 DVSS 分别为模拟与数字接地引脚。 8168B-MCU Wireless-03/09 5
    2.2.1.2RF 引脚 6 RFN,RFP 差分 RF 端口（RFP/RFN）提供同相抑制以便抑制内置数字信号处理模块的开关噪声。差分 RF 布线通过减少由微控制器等其他数字集成电路发出的散杂发射保证电路板电平的高度接收器灵 敏度。 RF 端口设计用于 100Ω差分负荷。允许 RF 引脚间的直流通路。不允许将直流通路截至接地端或 电源电压。因此，当连接 RF 负荷时，若将直流通路截至电源或接地端，则需要交流耦合（如表 2-2 所示）。 图 2-2 中显示了 RF 前端的简要原理图。 图 2-2 RF 前端简要原理图 PCB AT86RF212 LNA RX PA TX 0.9V M0 MC RXTX CM Feedback 集成反馈 RFP RFN RF 接口直流电压值取决于操作状态，请参考第 5 章。在收发器关闭状态下，当模拟前端不可用 时（参看 5.1.2.3 小节），RF 引脚被拉至接地端，以避免发生内部电路不允许的浮动电压超过 1.8V 的情况。 在发送模式中，控制环路提供同相 0.9V 电压。晶体管 M0 关闭，可将 PA 设置为同相电压。每个 引脚的接地同相电容将<100pF，以保证同相反馈环路的稳定性。 在接收模式中，当晶体管 M0(参看图 2-2)将电感中心抽头引至接地端，RF 接口为接地端提供低阻 抗通路。可在 RF 引脚测量片上电感间 20mV 的直流电压降。 通过各个 RF 引脚（如图 2-2 所示）上的接地可调节电容执行匹配控制（MC）。可通过设置 4 位 控制字（寄存器 0x19,RF_CTRL_1）以 15 个步骤更改输入电容。 AT86RF212 8168B-MCU Wireless-03/09
    2.2.1 .3 晶体振荡器引脚 AT86RF212 XTAL1,XTAL2 XTAL1 引脚是参考振荡器放大器(XOSC) 输入,XTAL2 为输出。关于晶体振荡器装置及有关 XTAL1/XTAL2 引脚配置的详细介绍详见 7.7 小节. 当使用外置时钟参看信号,XTAL1 将用作输入引脚. 更多详情参看 7.7.3 小节。 电压值与条件 VDC=0.9V(BUSY_TX) VDC=20mV（接收状态） VDC=0mV(其他) VDC=0.9V 于两个针脚 CPAR=3pF VAC ≤1.0Vpp VDC=1.8V(所有状态，P_ON、睡眠 和复位除外) VDC=0mV(其他) VDC=1.8V(所有状态，P_ON、睡眠、 复位和 TRX_OFF 除外) VDC=0mV(其他) 附注 各接收器状态的 RFP/RFN 引脚直流电平 若使用带有直流通路接地的天线，则需交流耦合。串联 电容与各引脚接地电容必须<100pF。 各接收器状态的 XTAL1/XTAL2 引脚直流电平 引脚寄生电容（Cpar）须被视为晶体的附加符合电容。 各接收器状态的 DVDD 引脚直流电平 1.8V 电压数字域电源引脚（电压调节器输出）。输出由 1µF 旁路转流。 各接收器状态的 AVDD 引脚直流电平 1.8V 电压模拟域电源引脚（电压调节器输出）。输出由 1µF 旁路转流。 AT86RF212 提供数字微处理接口，包括一个 SPI 从器件（/SEL、SCLK、MOSI 和 MISO）和附加 控制信号（CLKM、IRQ、SLP_TR、/RST 和 DIG2）。微处理接口于第 4 章详细介绍。 附加数字输出信号 DIG1......DIG4 用于控制外部模块，即用于天线分集 RF 开关控制或接收/发送 指示器，分别参看 9.3 和 9.4 小节。复位之后，针脚连接至数字接地端（DIG1/DIG2）或数字接地 端（DIG3/DIG4）。 可使用寄存器 0x03（TRX_CTRL_0）设置所有数字输出引脚（MISO、IRQ、DIG1、……、DIG4） 和 CLKM 引脚的驱动强度，参看表 2-3。 2.2.2.1 驱动强度设置 表 2-3 数字输出驱动配置 引脚 MISO、IRQ、DIG1、……、DIG4 CLKM 默认驱动强度 2mA 4mA 附注 可调节至 2mA, 4mA,6mA 和 8mA 可调节至 2mA, 4mA,6mA 和 8mA 当使用 2mA 的最低驱动强度配置时，电容负荷应尽可能降低，且不大于 50pF。通常输出驱动强 度应调节至可能的最低值，以便保持低电流消耗和低数字信号谐波发射。 2.2.1.4 模拟引脚概览 表 2-2 模拟引脚性能-直流电压值 引脚 RFP/RFN XTAL1/XTAL2 DVDD AVDD 2.2.2 数字引脚 8168B-MCU Wireless-03/09 7
    2.2.2.3 寄存器说明 引脚 /RST /SEL SCLK MOSI SLP_TR H 上拉,L 下拉 H H L L L 在包括复位在内的所有其他状态下,均不在数字输入引脚连接上拉或下拉电阻. 寄存器 0x03（TRX_CTRL_0） TRX_CTRL_0 寄存器控制数字输出焊盘的驱动电流和 CLKM 时钟速率。 表 2-5 寄存器 0x03（TRX_CTRL_0） 位数 名称 读取/写入 复位值 5 PAD_IO_CLKM PAD_IO_CLKM R/W 0 6 PAD_IO R/W 0 7 PAD_IO R/W 0 R/W 1 4 8 2.2.2.2 上拉与下拉配置 拉动电阻内部连接至所有无线电接收器中 P_ON 状态下的数字输入引脚，参看 5.1.2.1.表 2-4 综述 了上拉与下拉配置。 表 2-4 P_ON 状态下的数字输入引脚上拉/下拉配置 位数 名称 读取/写入 复位值 2 3 CLKM_SHA_SEL CLKM_CTRL CLKM_CTRL CLKM_CTRL R/W 1 R/W 0 R/W 0 R/W 1 1 0 ·7：6 位-PAD_IO 寄存器位数设定数字输出焊盘的输出驱动电流，CLKM 除外。 表 2-6 数字输出驱动强度 寄存器位数 PAD_IO 说明 2mA 4mA 6mA 8mA 值 0(1) 1 2 3 附注：1.加下划线值为复位设置。 AT86RF212 8168B-MCU Wireless-03/09
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