CC2540T：藍(lán)牙低功耗無線MCU的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，藍(lán)牙低功耗技術(shù)憑借其低能耗、低成本和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了眾多產(chǎn)品的首選通信技術(shù)。德州儀器（TI）的CC2540T無線微控制器（MCU），就是一款專門為藍(lán)牙低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)的高性能芯片。今天，我們就來深入了解一下CC2540T的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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1. 器件概述

CC2540T是一款經(jīng)濟(jì)高效、低功耗的真正無線MCU，適用于藍(lán)牙低功耗應(yīng)用。它能夠以極低的總物料成本構(gòu)建強(qiáng)大的藍(lán)牙低功耗主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)，并且可以在高達(dá)125°C的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行。這款芯片將出色的射頻收發(fā)器與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 MCU、片上可編程閃存、8KB的RAM以及許多其他強(qiáng)大的支持功能和外設(shè)相結(jié)合，非常適合對(duì)功耗要求極低的系統(tǒng)。

1.1 特點(diǎn)

• 真正的單芯片BLE解決方案：CC2540T可以同時(shí)運(yùn)行應(yīng)用程序和藍(lán)牙低功耗協(xié)議棧，還包含了與各種傳感器接口的外設(shè)，為開發(fā)者提供了一站式的解決方案。
• 寬工作溫度范圍：能夠在高達(dá)125°C的溫度下正常工作，這使得它在一些對(duì)溫度要求較高的工業(yè)和汽車應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。
• 出色的射頻性能：支持藍(lán)牙低功耗技術(shù)，具有高達(dá)97 dB的鏈路預(yù)算，無需外部前端即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離應(yīng)用。同時(shí)，它還具有準(zhǔn)確的數(shù)字接收信號(hào)強(qiáng)度指示器（RSSI），適用于符合全球射頻法規(guī)的系統(tǒng)。
• 低功耗設(shè)計(jì)：在不同的工作模式下，CC2540T都能保持極低的功耗。例如，在活動(dòng)模式下，接收電流低至19.6 mA，發(fā)送電流（-6 dBm）為24 mA；在睡眠模式下，功耗更是低至微安級(jí)別。
• 豐富的外設(shè)資源：包括12位ADC、集成超低功耗比較器、通用定時(shí)器、21個(gè)通用I/O引腳、32-kHz睡眠定時(shí)器、兩個(gè)強(qiáng)大的USART、全速USB接口、IR生成電路、強(qiáng)大的五通道DMA、AES安全協(xié)處理器、電池監(jiān)控和溫度傳感器等，為開發(fā)者提供了豐富的功能擴(kuò)展選項(xiàng)。
• 藍(lán)牙協(xié)議棧支持：支持藍(lán)牙v4.0協(xié)議棧，包括完整的功率優(yōu)化棧，適用于單模式藍(lán)牙低功耗解決方案。

1.2 應(yīng)用

CC2540T的應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

• 2.4-GHz藍(lán)牙低功耗系統(tǒng)：如智能家居、智能穿戴設(shè)備、健康監(jiān)測(cè)設(shè)備等。
• 照明控制：實(shí)現(xiàn)無線照明控制，提高照明系統(tǒng)的智能化程度。
• 電機(jī)監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，提高電機(jī)的可靠性和效率。
• 接近感應(yīng)：用于檢測(cè)物體的接近，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)、自動(dòng)喚醒等功能。
• 電纜替代：在一些需要無線通信的場(chǎng)景中，替代傳統(tǒng)的電纜連接，提高設(shè)備的靈活性和可靠性。
• 電動(dòng)工具：實(shí)現(xiàn)電動(dòng)工具的無線控制和數(shù)據(jù)傳輸。
• 無線人機(jī)界面（HMI）和遠(yuǎn)程顯示：為用戶提供更加便捷的操作體驗(yàn)。
• USB加密狗：用于擴(kuò)展設(shè)備的藍(lán)牙功能。
• 智能手機(jī)連接：實(shí)現(xiàn)與智能手機(jī)的無線通信，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和控制。

1.3 描述

CC2540T將優(yōu)秀的射頻收發(fā)器與增強(qiáng)型8051 MCU相結(jié)合，擁有片上可編程閃存和8KB的RAM，以及多種強(qiáng)大的外設(shè)。它具有極低的功耗，能夠在不同的工作模式之間快速切換，進(jìn)一步降低了功耗。與德州儀器的藍(lán)牙低功耗協(xié)議棧相結(jié)合，CC2540TF256形成了市場(chǎng)上最靈活、最具成本效益的單模式藍(lán)牙低功耗解決方案。

2. 引腳配置與功能

CC2540T采用VQFN（40）封裝，引腳配置豐富。其引腳包括模擬電源引腳（AVDD1 - AVDD6）、數(shù)字電源引腳（DVDD_USB、DVDD1、DVDD2等）、接地引腳（GND、DGND_USB）、數(shù)字I/O引腳（P0_0 - P2_3等）、RF引腳（RF_N、RF_P）、USB引腳（USB_N、USB_P）以及晶體振蕩器引腳（XOSC_Q1、XOSC_Q2）等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意各個(gè)引腳的功能和使用要求，確保芯片的正常工作。例如，暴露的接地焊盤必須連接到堅(jiān)固的接地平面，作為芯片的接地連接。

3. 規(guī)格參數(shù)

3.1 絕對(duì)最大額定值

在使用CC2540T時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，避免超過這些值導(dǎo)致芯片損壞。例如，所有電源引腳的電壓范圍為 -0.3 V至3.9 V，任何數(shù)字引腳的電壓范圍為 -0.3 V至VDD + 0.3 V（最大3.9 V），輸入RF電平最大為10 dBm，存儲(chǔ)溫度范圍為 -40°C至125°C。

3.2 ESD額定值

CC2540T具有一定的靜電放電（ESD）防護(hù)能力，人體模型（HBM）的ESD性能為 +2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）的ESD性能為 +750 V。在生產(chǎn)和使用過程中，需要采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，以確保芯片的可靠性。

3.3 推薦工作條件

為了確保CC2540T的最佳性能，推薦的工作環(huán)境溫度范圍為 -40°C至125°C，工作電源電壓范圍為2 V至3.6 V。

3.4 電氣特性

在不同的工作模式下，CC2540T的電流消耗有所不同。例如，在功率模式1下，核心電流消耗為235 μA；在功率模式2下，核心電流消耗為0.9 μA；在功率模式3下，核心電流消耗為0.4 μA。此外，不同外設(shè)的電流消耗也會(huì)對(duì)整體功耗產(chǎn)生影響。

3.5 熱阻特性

對(duì)于RHA封裝，CC2540T的熱阻特性包括結(jié)到殼（RΘJC）、結(jié)到板（RΘJB）、結(jié)到自由空氣（RΘJA）等。這些熱阻參數(shù)對(duì)于散熱設(shè)計(jì)非常重要，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理的散熱設(shè)計(jì)，以確保芯片在正常的溫度范圍內(nèi)工作。

4. 詳細(xì)描述

4.1 CPU和內(nèi)存

CC2540T采用8051 CPU核心，是單周期8051兼容核心，具有三個(gè)不同的內(nèi)存訪問總線（SFR、DATA和CODE/XDATA）、調(diào)試接口和18輸入擴(kuò)展中斷單元。它還擁有8KB的SRAM和256KB的閃存，為程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了充足的空間。

4.2 外設(shè)

• DMA控制器：擁有多功能的五通道DMA控制器，可以高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)的性能。
• IEEE地址：每個(gè)CC2540T都包含一個(gè)唯一的48位IEEE地址，可以作為藍(lán)牙設(shè)備的公共設(shè)備地址。
• 中斷控制器：服務(wù)于總共18個(gè)中斷源，分為六個(gè)中斷組，每個(gè)中斷組與四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)之一相關(guān)聯(lián)。即使設(shè)備處于睡眠模式，I/O和睡眠定時(shí)器中斷請(qǐng)求也能將CC2540T喚醒到活動(dòng)模式。
• 調(diào)試接口：實(shí)現(xiàn)了專有的兩線串行接口，用于在線調(diào)試。通過這個(gè)調(diào)試接口，可以擦除或編程整個(gè)閃存，控制振蕩器的啟用，停止和啟動(dòng)用戶程序的執(zhí)行，執(zhí)行8051核心上的指令，設(shè)置代碼斷點(diǎn)等。
• I/O控制器：負(fù)責(zé)所有通用I/O引腳的控制，CPU可以配置引腳的功能和輸入輸出模式，以及是否連接上拉或下拉電阻。
• 睡眠定時(shí)器：是一個(gè)超低功耗的定時(shí)器，可以使用外部32.768-kHz晶體振蕩器或內(nèi)部32.753-kHz RC振蕩器。它可以作為實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器或喚醒定時(shí)器，在不同的工作模式下保持運(yùn)行。
• 看門狗定時(shí)器：允許CC2540T在固件掛起時(shí)自動(dòng)復(fù)位，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 定時(shí)器：包括16位定時(shí)器（Timer 1）、40位定時(shí)器（Timer 2）和8位定時(shí)器（Timer 3和Timer 4），具有不同的功能和應(yīng)用場(chǎng)景。
• USART：USART 0和USART 1可以配置為SPI主/從模式或UART模式，提供雙緩沖和硬件流控制，適用于高吞吐量的全雙工應(yīng)用。
• AES加密/解密核心：支持使用AES算法進(jìn)行128位密鑰的數(shù)據(jù)加密和解密，還支持多種加密模式和硬件支持的CCM。
• ADC：支持7至12位的分辨率，具有相應(yīng)的帶寬范圍，可進(jìn)行DC和音頻轉(zhuǎn)換，支持單端或差分輸入，參考電壓可以是內(nèi)部、AVDD或外部信號(hào)。
• 模擬比較器：是一個(gè)超低功耗的模擬比較器，可以根據(jù)模擬信號(hào)從PM2或PM3模式喚醒設(shè)備。

5. 應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)和布局

5.1 應(yīng)用信息

CC2540T的應(yīng)用電路只需要很少的外部組件，包括32-MHz和32.768-kHz晶體、RF匹配網(wǎng)絡(luò)組件、去耦電容等。在運(yùn)行芯片的低功耗模式時(shí)，32-kHz晶體是必需的，除非鏈路層處于待機(jī)狀態(tài)。

5.2 輸入/輸出匹配

當(dāng)使用不平衡天線（如單極天線）時(shí)，建議使用巴倫來優(yōu)化性能。巴倫可以使用低成本的分立電感和電容實(shí)現(xiàn)。

5.3 晶體

外部32-MHz晶體和32.768-kHz晶體分別用于32-MHz和32.768-kHz晶體振蕩器，需要根據(jù)晶體的負(fù)載電容要求選擇合適的負(fù)載電容。

5.4 片上1.8-V電壓調(diào)節(jié)器去耦

片上1.8-V電壓調(diào)節(jié)器需要一個(gè)去耦電容來確保穩(wěn)定的工作。

5.5 電源去耦和濾波

適當(dāng)?shù)碾娫慈ヱ詈蜑V波對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能非常重要。德州儀器提供了一個(gè)緊湊的參考設(shè)計(jì)，開發(fā)者應(yīng)該嚴(yán)格遵循該設(shè)計(jì)。

5.6 參考設(shè)計(jì)

德州儀器還提供了藍(lán)牙低功耗照明參考設(shè)計(jì)，展示了如何在照明應(yīng)用中使用CC2540T。該設(shè)計(jì)包括由CC2540T控制的RGBW LED，并且可以通過TI BLE Multitool智能手機(jī)應(yīng)用進(jìn)行控制。

6. 器件和文檔支持

6.1 文檔支持

德州儀器提供了豐富的文檔資源，包括相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、用戶指南、應(yīng)用筆記等。開發(fā)者可以在www.ti.com上獲取這些文檔。

6.2 社區(qū)資源

TI E2E?在線社區(qū)和TI嵌入式處理器Wiki為開發(fā)者提供了交流和學(xué)習(xí)的平臺(tái)，開發(fā)者可以在這些平臺(tái)上提問、分享知識(shí)和解決問題。

6.3 低功耗RF網(wǎng)站

德州儀器的低功耗RF網(wǎng)站提供了論壇、視頻、博客、RF設(shè)計(jì)幫助和E2E交互等資源，幫助開發(fā)者更好地了解和使用低功耗RF產(chǎn)品。

6.4 低功耗RF開發(fā)者網(wǎng)絡(luò)

德州儀器建立了廣泛的低功耗RF開發(fā)合作伙伴網(wǎng)絡(luò)，為客戶提供硬件模塊產(chǎn)品和設(shè)計(jì)服務(wù)，幫助客戶加快應(yīng)用開發(fā)。

6.5 低功耗RF電子通訊

通過訂閱低功耗RF電子通訊，開發(fā)者可以及時(shí)了解德州儀器的新產(chǎn)品、新聞發(fā)布、開發(fā)者新聞等信息。

7. 機(jī)械封裝和訂購信息

CC2540T提供多種封裝選項(xiàng)，如VQFN（RHA）封裝。開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求選擇合適的封裝和訂購型號(hào)。

總的來說，CC2540T是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的藍(lán)牙低功耗無線MCU，具有豐富的外設(shè)資源、低功耗設(shè)計(jì)和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，開發(fā)者需要充分了解其特點(diǎn)和規(guī)格參數(shù)，合理選擇外部組件和布局，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。同時(shí)，德州儀器提供的豐富文檔和社區(qū)資源也為開發(fā)者提供了有力的支持。你在使用CC2540T的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。