CC2620 SimpleLink? ZigBee? RF4CE無線MCU深度解析

在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，無線通信技術(shù)的發(fā)展日新月異。對(duì)于電子工程師而言，選擇一款合適的無線微控制器（MCU）至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）的CC2620 SimpleLink? ZigBee? RF4CE無線MCU，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、設(shè)備概述

1.1 特性亮點(diǎn)

CC2620具有眾多令人矚目的特性。在微控制器方面，它采用了強(qiáng)大的ARM? Cortex? - M3內(nèi)核，時(shí)鐘速度最高可達(dá)48 MHz，EEMBC CoreMark?得分達(dá)到142，能提供出色的計(jì)算性能。同時(shí)，它只需極少的外部組件，還能與SimpleLink?無縫集成，支持CC2590和CC2592范圍擴(kuò)展器。

在低功耗設(shè)計(jì)上，CC2620表現(xiàn)卓越。它擁有128KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、8KB的高速緩存SRAM和20KB的超低泄漏SRAM，正常工作時(shí)的電源電壓范圍為1.8至3.8 V，外部調(diào)節(jié)器模式下為1.7至1.95 V。其功耗指標(biāo)也十分優(yōu)秀，如主動(dòng)模式下接收（RX）電流為5.9 mA，0 dBm輸出功率下發(fā)射（TX）電流為6.1 mA等。

超低功耗傳感器控制器是CC2620的一大特色，它可以獨(dú)立于系統(tǒng)的其他部分運(yùn)行，采用16位架構(gòu)，擁有2KB的超低泄漏SRAM用于代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。此外，它還支持空中升級(jí)（OTA），具備2引腳cJTAG和JTAG調(diào)試功能。

RF部分，CC2620配備2.4 - GHz RF收發(fā)器，與IEEE 802.15.4 PHY和MAC兼容，接收器靈敏度高達(dá) - 100 dBm，鏈路預(yù)算為105 dB，可編程輸出功率最高可達(dá) + 5 dBm，適用于全球射頻法規(guī)的系統(tǒng)。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

CC2620的應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，主要包括遠(yuǎn)程控制、機(jī)頂盒、電視、媒體播放器、DVD、OTT等消費(fèi)電子產(chǎn)品，以及人機(jī)交互設(shè)備（HID）應(yīng)用。

1.3 詳細(xì)描述

CC2620是一款針對(duì)ZigBee? RF4CE遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的無線MCU，屬于CC26xx系列低成本、超低功耗、2.4 - GHz RF設(shè)備。其32位ARM Cortex - M3處理器以48 MHz運(yùn)行作為主處理器，豐富的外設(shè)功能集包括獨(dú)特的超低功耗傳感器控制器，非常適合在系統(tǒng)其他部分處于睡眠模式時(shí)自主采集模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。IEEE 802.15.4 MAC嵌入在ROM中，部分運(yùn)行在ARM Cortex - M0處理器上，這種架構(gòu)提高了整體系統(tǒng)性能和功耗效率，還節(jié)省了閃存空間用于應(yīng)用程序。

1.4 功能框圖

通過功能框圖，我們可以清晰地看到CC2620各個(gè)模塊之間的連接和交互，這有助于我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)更好地理解其工作原理和信號(hào)流向。

二、修訂歷史

了解產(chǎn)品的修訂歷史能讓我們清楚其發(fā)展過程中的改進(jìn)和優(yōu)化。從2015年2月到2016年7月，CC2620進(jìn)行了一系列的更新，如增加了分裂VDDS電源軌功能、更新了ADC內(nèi)部電壓參考規(guī)格、調(diào)整了SSI參數(shù)等。這些修訂不斷提升了產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。

三、設(shè)備對(duì)比

3.1 相關(guān)產(chǎn)品對(duì)比

與CC2650、CC2640、CC2630等相關(guān)產(chǎn)品相比，CC2620專注于IEEE 802.15.4（RF4CE）協(xié)議。不同產(chǎn)品在物理層支持、閃存和RAM容量、GPIO數(shù)量以及封裝類型等方面存在差異。例如，CC2650支持多協(xié)議，可重新編程以運(yùn)行所有支持的標(biāo)準(zhǔn)；而CC2620則更適合特定的ZigBee RF4CE應(yīng)用場(chǎng)景。

3.2 相關(guān)產(chǎn)品介紹

TI的無線連接產(chǎn)品組合提供了廣泛的低功耗RF解決方案，涵蓋從完全定制的解決方案到預(yù)認(rèn)證硬件和軟件（協(xié)議）的交鑰匙產(chǎn)品。此外，還有一些配套產(chǎn)品，如SimpleLink? CC2650無線MCU LaunchPad?套件，它為L(zhǎng)aunchPad套件生態(tài)系統(tǒng)帶來了便捷的藍(lán)牙? Smart連接。

四、終端配置和功能

4.1 引腳圖

CC2620有RGZ和RSM兩種封裝類型，不同封裝的引腳圖有所不同。在RGZ封裝的48引腳VQFN（7 - mm × 7 - mm）和RSM封裝的32引腳VQFN（4 - mm × 4 - mm）引腳圖中，我們可以看到一些引腳具有高驅(qū)動(dòng)能力（加粗標(biāo)記），一些引腳具有模擬功能（斜體標(biāo)記）。

4.2 信號(hào)描述

詳細(xì)的信號(hào)描述表格列出了每個(gè)引腳的名稱、編號(hào)、類型和功能。例如，DCDC_SW是內(nèi)部DC - DC的輸出引腳，DIO_0 - DIO_30等是數(shù)字I/O引腳，可用于GPIO和傳感器控制器等功能。了解這些信號(hào)描述對(duì)于正確連接和使用CC2620至關(guān)重要。

五、規(guī)格參數(shù)

5.1 絕對(duì)最大額定值

明確了設(shè)備在各種條件下的電壓、溫度等參數(shù)的極限值，如電源電壓（VDDS、VDDS2和VDDS3）的范圍為 - 0.3至4.1 V，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 40至150 °C等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確保設(shè)備的工作條件在這些額定值范圍內(nèi)，以避免損壞設(shè)備。

5.2 ESD額定值

CC2620的靜電放電（ESD）性能通過人體模型（HBM）和充電設(shè)備模型（CDM）進(jìn)行評(píng)估。所有引腳的HBM值為±2500 V，RF引腳和非RF引腳的CDM值為±750 V。這要求我們?cè)谔幚砗褪褂迷O(shè)備時(shí)采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施。

5.3 推薦工作條件

推薦的環(huán)境溫度范圍為 - 40至85 °C，不同電源系統(tǒng)下的工作電源電壓也有明確規(guī)定。例如，在1.8 - V系統(tǒng)中，外部調(diào)節(jié)器模式下的工作電源電壓（VDDS和VDDR）為1.7至1.95 V；在電池供電和3.3 - V系統(tǒng)中，內(nèi)部DC - DC可用于降低功耗，VDDS的工作電壓為1.8至3.8 V。

5.4 功耗總結(jié)

功耗是無線MCU的一個(gè)重要指標(biāo)。CC2620在不同工作模式下的功耗表現(xiàn)如下：復(fù)位時(shí)電流為100 nA，關(guān)機(jī)模式下為150 nA，待機(jī)模式下根據(jù)不同配置電流在1至2.7 μA之間，主動(dòng)模式下核心電流為1.45 mA + 31 μA/MHz等。此外，還給出了各個(gè)外設(shè)的功耗增量，如外設(shè)電源域啟用時(shí)的增量電流為20 μA等。

5.5 - 5.23 其他特性參數(shù)

這些部分詳細(xì)介紹了CC2620在IEEE 802.15.4（RX和TX）、晶體振蕩器、ADC、溫度傳感器、電池監(jiān)測(cè)、比較器、可編程電流源、同步串行接口等方面的特性參數(shù)。例如，IEEE 802.15.4 RX模式下，差分模式的接收器靈敏度為 - 100 dBm，單端模式為 - 97 dBm；24 - MHz晶體振蕩器的等效串聯(lián)電阻在不同負(fù)載電容下有不同要求等。

六、詳細(xì)描述

6.1 - 6.2 概述和功能框圖

再次強(qiáng)調(diào)了CC2620的核心模塊和功能框圖，幫助我們從整體上把握設(shè)備的架構(gòu)。

6.3 主CPU

CC2620的主CPU采用ARM Cortex - M3（CM3）32位處理器，它運(yùn)行應(yīng)用程序和協(xié)議棧的高層。CM3架構(gòu)具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)，適用于小型嵌入式應(yīng)用，能提供出色的處理性能和快速的中斷處理能力。

6.4 RF核心

RF核心包含ARM Cortex - M0處理器，負(fù)責(zé)處理模擬RF和基帶電路，與系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并將信息位組裝成特定的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。它可以自主處理無線電協(xié)議的時(shí)間關(guān)鍵部分，減輕主CPU的負(fù)擔(dān)。

6.5 傳感器控制器

傳感器控制器是CC2620的一大亮點(diǎn)，它可以在待機(jī)模式下選擇性啟用，包含多種外設(shè)，如低功耗時(shí)鐘比較器、電容感應(yīng)功能模塊、12位200 - ksamples/s ADC等。通過Sensor Controller Studio工具，我們可以方便地配置傳感器控制器的任務(wù)算法，實(shí)現(xiàn)模擬傳感器讀取、數(shù)字傳感器通信、電容感應(yīng)等多種功能。

6.6 內(nèi)存

CC2620的內(nèi)存包括閃存、SRAM和ROM。閃存用于非易失性代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)編程；SRAM分為多個(gè)塊，可用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和代碼執(zhí)行，并且可以單獨(dú)控制每個(gè)塊在待機(jī)模式下的內(nèi)容保留；ROM包含預(yù)編程的嵌入式TI RTOS內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)庫和底層協(xié)議棧軟件（802.15.4 MAC）以及引導(dǎo)加載程序。

6.7 調(diào)試

CC2620支持通過專用的cJTAG（IEEE 1149.7）或JTAG（IEEE 1149.1）接口進(jìn)行片上調(diào)試，方便我們進(jìn)行開發(fā)和故障排查。

6.8 電源管理

為了降低功耗，CC2620支持多種電源模式，包括活動(dòng)模式、空閑模式、待機(jī)模式和關(guān)機(jī)模式。不同模式下，CPU、閃存、SRAM、無線電等組件的狀態(tài)和功耗不同。例如，待機(jī)模式下電流僅為1 μA，關(guān)機(jī)模式下為0.15 μA。同時(shí)，還需要注意一些電源管理的細(xì)節(jié)，如在待機(jī)模式下要避免電源電壓低于指定范圍，以免導(dǎo)致設(shè)備異常。

6.9 時(shí)鐘系統(tǒng)

CC2620支持多種時(shí)鐘源，包括24 - MHz晶體振蕩器（可內(nèi)部倍頻至48 MHz）、32 - kHz晶體振蕩器（可選）、內(nèi)部48 - MHz高速振蕩器和內(nèi)部32.768 - kHz低速振蕩器。這些時(shí)鐘源可以為不同的模塊提供合適的時(shí)鐘信號(hào)。

6.10 通用外設(shè)和模塊

CC2620擁有豐富的通用外設(shè)和模塊，如I/O控制器、SSI、UART、定時(shí)器、I2C、TRNG、RTC、電池監(jiān)測(cè)和溫度傳感器等。I/O控制器可以靈活配置數(shù)字I/O引腳，SSI支持SPI、MICROWIRE和TI同步串行接口，UART支持高達(dá)3 Mbps的波特率，定時(shí)器可用于計(jì)時(shí)和PWM功能，I2C可與I2C標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備通信，TRNG提供真正的隨機(jī)數(shù)，RTC可用于時(shí)鐘和日歷操作等。

6.11 電壓供應(yīng)域

CC2620可以根據(jù)封裝類型連接到兩個(gè)或三個(gè)不同的電壓域，片上電平轉(zhuǎn)換器確保設(shè)備在不同電壓域下正常工作。通過引腳到VDDS映射表，我們可以明確每個(gè)引腳對(duì)應(yīng)的供電引腳。

6.12 系統(tǒng)架構(gòu)

CC26xx可以作為無線網(wǎng)絡(luò)處理器（WNP）或片上系統(tǒng)（SoC）工作。在WNP模式下，外部主機(jī)MCU通過SPI或UART與設(shè)備通信；在SoC模式下，應(yīng)用程序和協(xié)議棧在設(shè)備內(nèi)部的ARM CM3核心上運(yùn)行。

七、應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)和布局

7.1 應(yīng)用信息

CC2620在應(yīng)用中只需極少的外部組件。其RF前端可以采用差分或單端配置，具有內(nèi)部或外部偏置選項(xiàng)，不同配置在成本、電路板空間和RF性能之間存在權(quán)衡。同時(shí)，電源電壓配置也有多種選擇，具體可參考TI參考設(shè)計(jì)和CC26xx技術(shù)參考手冊(cè)。

7.2 4 × 4外部單端（4XS）應(yīng)用電路

詳細(xì)介紹了4XS應(yīng)用電路的布局和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，包括相應(yīng)的電路原理圖和布局圖。合理的布局對(duì)于確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

八、設(shè)備和文檔支持

8.1 設(shè)備命名規(guī)則

TI為設(shè)備分配了不同的前綴（X、P或無前綴）來表示產(chǎn)品的開發(fā)階段，生產(chǎn)版本的設(shè)備經(jīng)過了全面的特性表征和質(zhì)量驗(yàn)證。設(shè)備命名還包括后綴，用于表示封裝類型。

8.2 工具和軟件

TI提供了豐富的開發(fā)工具和軟件，如SmartRF Studio可用于早期評(píng)估RF - IC的性能，Sensor Controller Studio為傳感器控制器提供開發(fā)環(huán)境，Code Composer Studio和IAR Embedded Workbench for ARM是常用的集成開發(fā)環(huán)境。

8.3 - 8.11 文檔支持和其他信息

包括技術(shù)參考手冊(cè)、勘誤表、TI低功耗RF網(wǎng)站、低功耗RF電子通訊、社區(qū)資源等。這些資源可以幫助我們獲取最新的產(chǎn)品信息、解決開發(fā)過程中遇到的問題，以及參與社區(qū)討論和交流。

九、機(jī)械封裝和可訂購信息

詳細(xì)介紹了CC2620的封裝信息，包括不同封裝類型的可訂購部件編號(hào)、狀態(tài)、材料類型、RoHS合規(guī)性、引腳數(shù)量、包裝數(shù)量、濕度敏感度等級(jí)等。同時(shí)，還提供了封裝材料的詳細(xì)信息，如磁帶和卷軸的尺寸、封裝的外形圖、示例電路板布局、示例模板設(shè)計(jì)等。

綜上所述，CC2620 SimpleLink? ZigBee? RF4CE無線MCU憑借其出色的性能、低功耗設(shè)計(jì)、豐富的外設(shè)功能和完善的開發(fā)支持，在ZigBee RF4CE遠(yuǎn)程控制等應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。作為電子工程師，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，充分利用CC2620的特性，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。你在使用CC2620或者其他類似無線MCU的過程中，遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。