本文介紹ZigBee硬件模塊的設(shè)計(jì)方法和流程，今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)一下ZigBee模塊是如何制作的。
目前，生產(chǎn)ZigBee芯片的有好幾家大公司，TI、Freescale、Atmel和Jennic等均有各自的ZigBee芯片，TI和Freescale用的比較多，設(shè)計(jì)參考文檔也比較全。TI的ZigBee解決方案主頁(yè)鏈接如下：http://focus.ti.com.cn/cn/analog/docs/rfifcomponentshome.tsp？familyId=367&contentType=4。其中包括了CC2420、CC2520、CC2430、CC2431和最新的CC2480的設(shè)計(jì)指南。Freescale的ZigBee解決方案主頁(yè)鏈接如下：http://www.freescale.com.cn/ZigBee.asp。包括了IEEE802.15.4收發(fā)器MC13192、MC13193和單芯片MC13213、MC13214等的設(shè)計(jì)指南。
我覺(jué)得這兩家的參考設(shè)計(jì)文檔比較齊全，降低了我們?nèi)腴T的門檻和硬件設(shè)計(jì)的難度。下面我就以Freescale的MC13213為例，說(shuō)明一下硬件設(shè)計(jì)流程和方法。
首先，從整體來(lái)看，我們可以將目標(biāo)設(shè)計(jì)分為幾個(gè)模塊：電源模塊、主芯片模塊、天線模塊調(diào)試接口和外圍擴(kuò)展模塊。其中，電源模塊、天線模塊、調(diào)試接口和主芯片模塊是必須的，可以用通常所說(shuō)的”最小系統(tǒng)”來(lái)描述。外圍擴(kuò)展模塊是根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行添加。
1. 電源模塊
按照MC13213的datasheet，其工作電壓范圍在2-3.4V，而我們一般使用干電池或者可充電的鋰電池供電，這樣，我們就需要一個(gè)LDO或者DC-DC，它的作用就是將我們的電池電壓降到MC13213可以工作的范圍內(nèi)。在這里，我們可以選用TI的76930，不僅因?yàn)轶w積小（SOT23封裝），而且Dropout Voltage的典型值在71mV@100mA。另外，如果用可充電的鋰電池的話，需要注意加上保護(hù)電路，如下圖1所示：
圖1. 電源模塊
本文介紹ZigBee硬件模塊的設(shè)計(jì)方法和流程，今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)一下ZigBee模塊是如何制作的。
目前，生產(chǎn)ZigBee芯片的有好幾家大公司，TI、Freescale、Atmel和Jennic等均有各自的ZigBee芯片，TI和Freescale用的比較多，設(shè)計(jì)參考文檔也比較全。TI的ZigBee解決方案主頁(yè)鏈接如下：http://focus.ti.com.cn/cn/analog/docs/rfifcomponentshome.tsp？familyId=367&contentType=4。其中包括了CC2420、CC2520、CC2430、CC2431和最新的CC2480的設(shè)計(jì)指南。Freescale的ZigBee解決方案主頁(yè)鏈接如下：http://www.freescale.com.cn/ZigBee.asp。包括了IEEE802.15.4收發(fā)器MC13192、MC13193和單芯片MC13213、MC13214等的設(shè)計(jì)指南。
我覺(jué)得這兩家的參考設(shè)計(jì)文檔比較齊全，降低了我們?nèi)腴T的門檻和硬件設(shè)計(jì)的難度。下面我就以Freescale的MC13213為例，說(shuō)明一下硬件設(shè)計(jì)流程和方法。
首先，從整體來(lái)看，我們可以將目標(biāo)設(shè)計(jì)分為幾個(gè)模塊：電源模塊、主芯片模塊、天線模塊調(diào)試接口和外圍擴(kuò)展模塊。其中，電源模塊、天線模塊、調(diào)試接口和主芯片模塊是必須的，可以用通常所說(shuō)的”最小系統(tǒng)”來(lái)描述。外圍擴(kuò)展模塊是根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行添加。
1. 電源模塊
按照MC13213的datasheet，其工作電壓范圍在2-3.4V，而我們一般使用干電池或者可充電的鋰電池供電，這樣，我們就需要一個(gè)LDO或者DC-DC，它的作用就是將我們的電池電壓降到MC13213可以工作的范圍內(nèi)。在這里，我們可以選用TI的76930，不僅因?yàn)轶w積小（SOT23封裝），而且Dropout Voltage的典型值在71mV@100mA。另外，如果用可充電的鋰電池的話，需要注意加上保護(hù)電路，如下圖1所示：
圖1. 電源模塊
2. 主芯片模塊
MC13213本身就包括了MCU和收發(fā)器，因此，它的必須外圍電路很少。這里需要強(qiáng)調(diào)是晶振的選擇問(wèn)題。一般我們使用外部晶振來(lái)提供系統(tǒng)時(shí)鐘，在這里，我選擇了16M的無(wú)源晶振，如下圖2所示：
圖2：主芯片電路模塊
3. 天線模塊
天線的設(shè)計(jì)關(guān)系到無(wú)線信號(hào)發(fā)送和接收的質(zhì)量。在Datasheet中，freescale給出了參考天線設(shè)計(jì)，稱為倒F天線。這里需要注意的是：我們可以使用芯片的內(nèi)部收發(fā)開(kāi)關(guān)，也可以使用外部自己加的收發(fā)開(kāi)關(guān)。使用外部收發(fā)開(kāi)關(guān)，信號(hào)的收發(fā)效果會(huì)更加好一點(diǎn)，但是這樣一來(lái)，成本也就增加了，即增加了一個(gè)收發(fā)開(kāi)關(guān)和Balun。這里我的設(shè)計(jì)是使用了外部收發(fā)開(kāi)關(guān)，如下圖3所示：
圖3. 天線電路模塊
4. 調(diào)試接口
Freescale有自己的BDM接口，稱為background debug module。一般，我們可以在板子上設(shè)計(jì)插針來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，考慮到ZigBee模塊在很多情況下，它的體積要求很小，這樣一來(lái)，六個(gè)插針的BDM接口就顯得臃腫好多。因此，我們這里使用miniUSB接口來(lái)外擴(kuò)。如下圖4所示，其中的miniUSB接口還包括了電源、UART的Rx和Tx。
圖4. miniUSB圖
5. 外圍擴(kuò)展模塊
l 充電管理芯片：如果使用可充電鋰電池的話，充電管理芯片是不能少的。這里，我們選用Freescale的MC34673。在CC（恒流）模式下，充電的電流可以通過(guò)電阻R6來(lái)調(diào)整，如下圖5所示，具體可以參考其datasheet。
圖5. 充電管理電路模塊
l 指示燈：一般可以用指示燈來(lái)指示程序運(yùn)行的狀態(tài)，也就是程序可以控制的指示燈。指示燈有貼片封裝的，也有直插封裝的。發(fā)光強(qiáng)度有一般的，也有高亮的，我們可以按照實(shí)際的需求來(lái)選擇。
l 其他外圍電路可以用戶自行添加，需要注意的是，我們選擇芯片的時(shí)候，要考慮其工作電壓和電流，因?yàn)閆igBee節(jié)點(diǎn)的要求就是節(jié)能和高效。