nRF24L01P产品说明书V1.0

nRF24L01+单片机2.4 GHz收发器产品说明书v1.0主要功能：全球通用的2.4 GHz ISM波段操作250kbps, 1Mbps and 2Mbps空中数据传输速率 超低功率运行发射功率为0dBm（1.0mW）时，发射电流为11.3mA2Mbps空中数据传输速率，接收电流为13.5mA 掉电电流为900nA待机-I电流26A片内电压调整器1.9至3.6V电源供电范围增强型ShockBurstTM自动数据包处理 自动包数据包事务处理6数据通道的MultiCeiverTM与nRF24L01嵌入式兼容空中数据速率250kbps 和 1Mbps，与nRF2401A，nRF2402, nRF24E1和nRF24E2兼容低BOM成本60ppm 16MHz晶振容许5V输入 紧凑的20引脚4x4mm QFN封装 应用无线 PC外围设备鼠标,键盘和遥控器 三和一桌面捆绑 先进的媒体中心遥控器网络电话耳机游戏控制器蓝牙模块运动手表和传感器消费电子产品射频遥控器家庭和商业自动化超低功率无线传感器网络RFID 射频识别资产跟踪系统玩具 免责条款北欧半导体ASA有权做出随时更改,提高产品可靠性、功能或设计,不另行通知。北欧半导体ASA不承担由于应用程序或使用任何所述产品或电路引起的责任。所有应用程序的信息咨询，不构成说明书的组成部分。极限值超过一个或多个限制的应力可能会造成设备永久性损坏。这些应力等级只有在这样或那样的操作环境中提出，在规范中没有给出。长时间暴露在限制值附近可能会影响设备的可靠性。生命支持应用这些产品并非为因故障会引起人身伤害的维生装备,设备或系统设计的。北欧半导体ASA客户使用或出售这些产品，他们将自担风险并同意完全赔偿北欧半导体ASA因使用不当或销售行为造成任何损害。数据表状态目标产品规格这个产品规格包含产品开发目标规范。初步产品规格这个产品规格包含初步数据；辅助数据可能被北欧半导体ASA发表。产品规格这个产品规格包含最终产品规格。北欧半导体ASA保留随时更改的权利，而且不另行通知，以提高设计和供应最好的产品。详细联系方式访问www.nordicsemi.no进入北欧半导体销售办事处和全世界的分销商网站总办公室：Otto Nielsens vei 127004 Trondheim电话: +47 72 89 89 00传真: +47 72 89 89 89www.nordicsemi.no写作惯例 本产品规范遵循一套排版规则,文档一致,容易阅读。使用书面约定如下:命令,位状态条件下,寄存器名称都写在Courier。管脚名称和管脚信号条件都写在Courier bold.强调交叉引用并用蓝色突出显示 修订历史日期版本描述September 20081.0注意！ 遵守预防措施，保护静电敏感设备。 HBM (人体模式) 1Kv MM (机器模型) 200V 目录1 简介.101.1 产品特性.111.2 框图.122 引脚信息. 142.1 引脚分配. 142.2 引脚功能. 143 极限参数. 164 工作条件. 165 电气规格. 175.1 功耗. 175.2 通用射频条件 . 175.3 发射器的操作. 185.4 接收器的操作. 195.5 晶体规格. 235.6 直流特性. 235.7 上电复位. 236 无线电操作. 246.1 操作模式. 246.1.1 状态图. 246.1.2 掉电模式. 256.1.3 待机模式. 256.1.4 RX模式. 266.1.5 TX模式 . 276.1.6 操作模式配置. 276.1.7 时序信息. 286.2空中数据传输速率. . 296.3 射频信道频率. 296.4 接收功率检测器测量. 306.5 PA控制. 306.6 RX / TX控制. 317 增强型ShockBurstTM. . 327.1 功能. 327.2 增强型ShockBurstTM概述. 327.3 增强型ShockBurstTM数据包格式. 337.3.1 序言. 347.3.2 地址 . 347.3.3 分组控制现场. 347.3.4 有效载荷. 357.3.5 CRC (循环冗馀校验) . 367.3.6 自动分组组装. 377.3.7 自动拆装. 387.4 自动数据包处理. 407.4.1 自动应答. 407.4.2 自动重发(ART). 417.5 增强型ShockBurstTM流程图. 437.5.1 PTX操作. 437.5.2 PRX操作 . 457.6 多路中频接收器MultiCeiverTM. 477.7 增强型ShockBurstTM时序. 517.8 增强型 ShockBurstTM. 事务图 . 537.8.1 ACK数据包和中断单级事务. 537.8.2 丢包单级事务 . 547.8.3 丢ACK包单级事务. 557.8.4 ACK载荷包单级事务. 567.8.5 ACK载荷包和丢包单级事务.567.8.6 ACK载荷包和第一个ACK数据包丢失双事务. 577.8.7 达到最大重发的两个事务. 577.9 兼容ShockBurstTM. . 587.9.1 ShockBurstTM.数据包格式. 588 数据和控制接口. 508.1 特性. 508.2功能描述. 508.3 SPI操作. . 508.3.1 SPI命令. 508.3.2 SPI时序. 52 8.4 数据FIFO . 558.5 中断. 569 寄存器映射. 709.1 寄存器映射表. 7010 外围射频信息. 7710.1 天线输出. 7710.2 晶体振荡器. 7710.3 nRF24L01+晶振与MCU共享. 7710.3.1 晶体参数. 7810.3.2晶振输入幅度和电流消耗. 7810.4 PCB布局和去偶指南. 7911 应用实例. 8011.1 PCB布局实例. 8112机械指标. 8413 订购须知. 8613.1 产品外包装标识. 8613.2 缩略语. 8613.3 产品选项. 8613.3.1 RF硅. 8613.3.2 开发工具. 8614 术语表. 87附录A-增强ShockBurstTM配置和通信示例. 89增强型ShockBurstTM. 发射载荷. 89增强型ShockBurstTM. 接收载荷. 90附录B-nRF24XX兼容性配置. 92附录C-恒载波输出测试. 94配置. 941介绍nRF24L01+是单片2.4 GHz收发器，集成了嵌入式基带协议引擎(增强型ShockBurstTM),适合超低功率无线应用。nRF24L01+用于ISM频段操作，频带从2.4GHz到 2.483.5GHz。设计一个nRF24L01+无线电系统,你只需要一个单片机(微控制器)和一些外部无源器件。你可以通过串行外围接口(SPI)操作和配置nRF24L01+。通过SPI，寄存器映射,包含所有nRF24L01+配置寄存器在所有操作模式下可以被访问。嵌入式基带协议引擎(增强型ShockBurstTM) 基于数据包通信，支持多种从手工到高级自治协议操作模式。内部FIFO存储器确保广播前端和系统的单片机之间的数据交换通畅。增强型Shock-BurstTM处理所有的高速链接操作,降低了系统成本。广播前端应用GFSK调节。提供如频率频道、输出功率和空中数据速率等用户可配置参数。nRF24L01+ 支持250 kbps, 1 Mbps和 2Mbps的空中数据速率。高速空中数据和两种节电模式的结合使nRF24L01+非常适合超低功率的设计。nRF24L01+完全兼容nRF24L01，在实况数据传输中，与 nRF2401A, nRF2402、nRF24E1和nRF24E2兼容。nRF24L01+的互相调制和宽带阻塞的价值相比nRF24L01大大提高，而且改善了nRF24L01+内部过滤极限，满足射频监管标准。 内部电压调节器保证了较高的电源抑制比(PSRR)和宽电源供电范围。1.1产品特性nRF24L01+的特性包括： 无线电全球通用的2.4 GHz ISM频段操作126射频通道通用RX和TX接口GFSK调制250kbps, 1 和 2Mbps空中数据传输速率1MHz非重叠信道间隔1Mbps2MHz非重叠信道间隔2Mbps 发射机可编程输出功率： 0, -6, -12 or -18dBm输出功率0dBm时电流11.3mA 接收器快速 AGC改善动态范围集成信道滤波器2Mbps传输速率时，电流13.5mA2Mbps传输速率时，灵敏度-82dBm1Mbps传输速率时，灵敏度-85dBm250kbps传输速率时，灵敏度-94dBm 射频合成器完全集成的合成器无需外部环路滤波器, VCO变容二极管或谐振器接受低成本 60ppm 16MHz晶振 增强型ShockBurstTM. 1 to 32字节动态载荷长度自动数据包处理自动数据包事务处理.6数据通道1:6星形网络MultiCeiver 电源管理集成电压调节器1.9 to 3.6V电源范围先进的电源管理，快速启动时间的空闲模式待机-I模式电流26A，掉电模式电流900nA从断电模式启动最大耗时1.5ms待机-I模式启动最大耗时130us 主机接口四线SPI最大10Mbps的速率3个独立的32字节发射/接收FIFO寄存器 容许5V输入 20-pin 4x4mm QFN紧促封装1.2 原理框图图1 nRF24L01+原理框图2引脚信息2.1 引脚分配图2 nRF24L01+引脚分配（俯视）QFN20 4x4封装2.2引脚功能管脚名称管脚功能描述1CE数字输入芯片使能激活RX或TX模式2CSN数字输入SPI片选3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入SPI从机数据输入5MISO数字输出SPI从机数据输出，具有三态选项6IRQ数字输出可屏蔽中断引脚。低电平有效7VDD电源电源（+ 1.9V - + 3.6V DC）8VSS电源地（0V）9XC2模拟输出晶振引脚210XC1模拟输入晶振引脚111VDD_PA电源输出nRF24L01+内部功率放大器电源输出（+ 1.8V），必须连接至ANT1和ANT2，见图32 12ANT1RF天线接口113ANT2RF天线接口214VSS电源地（0V）15VDD电源电源（ + 1.9V - + 3.6V DC）16IREF模拟输入参考电流。连接一个22k电阻到地面，见图32.17VSS电源地（0V）18VDD电源电源（+ 1.9V - + 3.6V DC）19AVDD电源输出内部数字电源输出，用于去耦，见图32.20VSS电源地（0V）表1 nRF24L01+引脚功能3极限参数注意：超过一个或多个限制值可能对nRF24L01+造成永久损坏。工作条件最低最大单位电源电压VDD-0.33.6VVSS0V输入电压VI-0.35.25V输出电压VOVSS to VDDVSS to VDDV总功耗PD(TA=85C)60mW温度工作温度-40+85C存储温度-40+125C表2 极限参数4工作条件符号参数（条件）笔记最小值典型值最大值单位VDD电源电压1.93.03.6VDVV电源电压（输入信号3.6V）2.73.03.3VTEMP工作温度-40+27+85C表3 工作条件5电气规格条件：VDD = +3V, VSS = 0V, TA =-40C to + 85C5.1功耗符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位空闲模式IVDD_PD断电时电源电流900nAIVDD_ST1待机- I模式电源电流a26AIVDD_ST2待机- II模式电源电流320AIVDD_SU在1.5毫秒晶体振荡器的启动工程中平均电流400A发送IVDD_TX0电源电流0dB输出功率b11.3mAIVDD_TX6电源电流-6dB输出功率b9.0mAIVDD_TX12电源电流-12dB输出功率b7.5mAIVDD_TX18电源电流-18dB输出功率b7.0mAIVDD_AVG平均电源电流-6dB输出功率，ShockBurstTMc0.12mAIVDD_TXSTX设置期间平均电流d8.0mA接收IVDD_2M2Mbps速率下电源电流13.5mAIVDD_2M1Mbps速率下电源电流13.1mAIVDD_250250Kbps速率下电源电流12.6mAIVDD_RXSRX设置期间平均电流e8.9mAa. 该电流是一个12pF晶体电流，使用的外部时钟依赖于信号摆幅。b. 天线载荷阻抗= 15+j88。 c. 天线载荷阻抗= 15+j88。平均数据速率10kbps和最长数据包。d. TX启动和从RX 到TX模式改变期间(130s)平均电流消耗。e. RX启动和从TX 到RX模式改变期间(130s)平均电流消耗。表 4. 能量功耗5.2 通用RF条件符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位fOP工作频率a24002525MHzPLLresPLL编程分辨率1MHzfXTAL晶体频率16MHzf250频率偏移 250kbps160kHzf1M频率偏移 1Mbps160kHzf2M频率偏移 2Mbps320kHzRGFSK空中数据传输速率b2502000kbpsFCHANNEL 1M非重叠信道间隔250 kbps /1Mbpsc1MHzFCHANNEL 2M非重叠信道间隔2Mbpsc2MHza. 监管标准确定可以使用的频带范围；b. 每一个突发播出的数据速率；c. 最小的信道间隔1MHz。表5 通用RF条件5.3发射机操作符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位PRF最大输出功率a0+4dBmPRFCRF功率控制范围161820dBPRFCRRF功率精度4dBPBW220分贝带宽的调制载波（2Mbps）18002000kHzPBW120分贝带宽的调制载波（1Mbps）9001000kHzPBW25020分贝带宽的调制载波（250kbps）700800kHzPRF1.21st相邻信道传输功率2MHz(2Mbps)-20dBcPRF2.22nd相邻信道传输功率4MHz(2Mbps)-50dBcPRF1.11st相邻信道传输功率1MHz(1Mbps)-20dBcPRF1.22nd相邻信道传输功率2MHz(1Mbps)-45dBcPRF1.2501st相邻信道传输功率1MHz(250kbps)-30dBcPRF2.2502nd相邻信道传输功率2MHz(250kbps)-45dBca. 天线载荷阻抗 = 15+j88 表 6. 发射机操作5.4接收机操作数据速率符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位RX最大误码率12MHz-40dBcC/INthNthACS C/1 fi25MHza-48dBc1MbpsC/ICOC/I同信道9dBcC/I1ST1stACSC/1 1MHz8dBcC/I2ND2ndACS C/1 2MHz-20dBcC/I3RD3rdACS C/1 3MHz-30dBcC/INthNthACS C/1 fi6MHz-40dBcC/INthNthACS C/1 fi25MHza-47dBc250kbpsC/ICOC/I同信道12dBcC/I1ST1stACSC/1 1MHz-12dBcC/I2ND2ndACS C/1 2MHz-33dBcC/I3RD3rdACS C/1 3MHz-38dBcC/INthNthACS C/1 fi12MHz-50dBcC/INthNthACS C/1 fi25MHza-60dBca. 窄带(带内)阻塞测量: 0 to 40MHz; 1MHz 步长，对于干扰频率偏移量n*2*fxtal, 屏蔽性能相比相邻数据消减约5分贝能级。表8. RX选择根据27页ETSI EN300 440-1 V1.3.1 (2001-09) 数据速率符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位2MbpsC/ICOC/I同信道（调制载波）11dBcC/I1ST1stACS C/1 2MHz4dBcC/I2ND2ndACS C/1 4MHz-18dBcC/I3RD3rdACS C/1 6MHz-24dBcC/INthNthACS C/1 fi12MHz-40dBcC/INthNthACS C/1 fi36MHza-48dBc1MbpsC/ICOC/I同信道12dBcC/I1ST1stACSC/1 1MHz8dBcC/I2ND2ndACS C/1 2MHz-21dBcC/I3RD3rdACS C/1 3MHz-30dBcC/INthNthACS C/1 fi6MHz-40dBcC/INthNthACS C/1 fi25MHza-50dBc250kbpsC/ICOC/I同信道7dBcC/I1ST1stACSC/1 1MHz-12dBcC/I2ND2ndACS C/1 2MHz-34dBcC/I3RD3rdACS C/1 3MHz-39dBcC/INthNthACS C/1 fi6MHz-50dBcC/INthNthACS C/1 fi25MHza-60dBca. 窄带(带内)阻塞测量: 0 to 40MHz; 1MHz步长 宽带阻塞测量: 30MHz to 2000MHz; 10MHz步长2000MHz to 2399MHz; 3MHz步长2484MHz to 3000MHz; 3MHz步长3GHz to 12.75GHz; 25MHz步长 有用信号宽带阻塞测量：在1Mbps and 2Mbps模式中-67dBm在250kbps模式中-77dBm对于干扰频率偏移量n*2*fxtal, 屏蔽性能相比相邻数据消减约5分贝能级。表8. RX选择根据27页ETSI EN300 440-1 V1.3.1 (2001-09) 如果有用信号是3db或更高的灵敏度水平, 对于给定的信号频移，载波/干扰比独立于有用信号电平。表9. nRF24L01+的RX选择性与干扰信号调制相同。使用-67dBm的有用信号测量。数据速率符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位2MbpsP-IM(6)IM输入干扰在6和12MHz时从有用信号中抵消-42dBmP-IM(8)IM输入干扰在8和16MHz时从有用信号中抵消-38dBmP-IM(10)IM输入干扰在20和12MHz时从有用信号中抵消-37dBm1MbpsP-IM(3)IM输入干扰在3和6MHz时从有用信号中抵消-36dBmP-IM(4)IM输入干扰在4和8MHz时从有用信号中抵消-36dBmP-IM(5)IM输入干扰在5和10MHz时从有用信号中抵消-36dBm250kbpsP-IM(3)IM输入干扰在3和6MHz时从有用信号中抵消-36dBmP-IM(4)IM输入干扰在4和8MHz时从有用信号中抵消-36dBmP-IM5)IM输入干扰在5和10MHz时从有用信号中抵消-36dBm注意: 有用信号电平引脚 = -64 dBm。 使用两个相同输入功率的干扰源。 频率接近的干扰源违背调制，另一个干扰源被调制，使其和有用信号相等。灵密度为BER = 0.1%的干扰源输入功率已给出。表10. RX互调测试根据蓝牙规范版本2.05.5 晶振规格符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位FXO晶振频率16MHzF公差a b60ppmC0等效并联电容1.57.0pFLS等效串联电感c30mHCL载荷电容81216pFWSR等效串联电阻100a. 频率精度包括：公差（25C）、温度漂移、老化与晶体载荷。b.在某些地区频率规定中，频率公差设置更严格的要求(例如，日本和韩国制定最大 +/- 50ppm)。c. 从电源关断到待机模式的启动时间依赖于Ls参数。见表24页16详细说明。表11. 晶振规格晶体振荡器启动时间正比于晶体等效电感。晶体设计的趋势是减少机体轮廓。小轮廓的影响是增大等效串联电感Ls，它具有较长启动时间。最大晶振启动时间, Tpd2stby = 1.5 ms,用一个晶体和最大30mH的等效串联电感设定。具体应用程序最长启动时间计算如下：Tpd2stby= Ls/30mH *1.5ms 如果 Ls超过30mH。注意：在一些晶体数据中Ls叫做L1或Lm ， Cs叫做 C1或Cm。图 3.等效晶体组件5.6 直流特性符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位VIN高输入电压0.7VDD5.25aVVIL低输入电压VSS0.3VDDVa. 如果输入信号3.6V, nRF24L01+的VDD必须在2.7V和3.3V (3.0V10%) 之间。表12.数字输入管脚符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位VOH高输出电压 (IOH=-0.25mA)VDD -0.3VDD aVVOL低输出电压 (IOL=0.25mA)0.3V表13. 数字输出管脚5.7上电复位符号参数（条件）注释最小值典型值最大值单位TPUP功率上升时间a100msTPOR上电复位b1100msa. 从 0V到1.9V. b. 测量 从VDD达到 1.9V到复位结束的时间表14. 上电复位6 无线电控制 本章描述了nRF24L01+无线电收发机的操作模式和无线电控制参数。nRF24L01+有一个控制芯片操作模式转换内置状态机。状态机需要输入用户定义的寄存器值和内部信号。6.1操作模式你可以配置nRF24L01+为掉电, 待机, RX或TX模式。本节将详细描述这些模式。6.1.1状态图状态图如图4所示，显示了操作模式以及它们的功能，有三种不同的状态在图中显示突出：. 推荐操作模式：是一个推荐的状态，在正常操作期间使用。. 可能操作模式：是一个可能的操作状态, 但不用于通常操作。. 过渡状态：是受时间限制的状态，振荡器启动和锁相环（PLL）设置期间使用。复位状态时，当 VDD达到1.9V 或高于nRF24L01+输入电压，芯片仍然重置,直到进入掉电模式。 图4. 无线电控制状态图6.1.2 掉电模式在掉电模式下nRF24L01+是禁用的，电流消耗最小。所有寄存器可用值保持，SPI保持有效, 从而可以改变配置和寄存器数据上传/下载。 启动时间见28页表16。掉电模式通过设置CONFIG寄存器PWR_UP位为低电平实现。6.1.3待机模式6.1.3.1待机-I模式通过设置CONFIG寄存器PWR_UP位为1, 设备计入待机-I模式。待机-I模式使得平均电流消耗减至最小,同时保持较短的启动时间，在此模式下只有部分晶振活动。切换至主模式只需在CE为零时置1即可, nRF24L01可以由TX和RX 模式切换到待机-I模式。6.1.3.2待机-II模式在待机-II模式中，额外的时钟缓冲被激活，相对待机-I模式需要消耗更多的电流。CE 保持高电平，PTX设备上TX FIFO为空，nRF24L01+进入待机-II模式如果。如果一个新的数据包上传TX FIFO, 锁相环（PLL）立即开启，正常的锁相环设置延迟(130s)之后，数据包被传输。在两个待机模式下，寄存状态均保持，SPI均可激活。启动时间见28页表16。6.1.4 RX模式 RX模式是将nRF24L01+无线传输用作接收器的一个主模式。要进入这个模式, 必须将nRF24L01+的 PWR_UP位, PRIM_RX位和CE 管脚置1。 在RX模式下，接收器从射频信道中解调出信号，不断把解调数据呈现给基带协议引擎。基带协议引擎不断寻找有效数据包。如果找到一个有效的数据包(通过一个匹配地址和一个有效CRC)，数据包的有效载荷将存储在 RX FIFOs空槽位。如果 RX FIFOs 已满,接收到的数据包将被丢弃 该nRF24L01+保持在RX模式，直到MCU配置其为