Si4432 如何與Si4463通信

在為客戶提供技術(shù)支持和RF 定制的過程中，我們發(fā)現(xiàn)由于功能要求升級(jí)和產(chǎn)品更新?lián)Q代等原因，經(jīng)常會(huì)遇到需要內(nèi)嵌不同無線芯片的模塊能相互通信的問題，但芯片間的規(guī)格、參數(shù)、數(shù)據(jù)格式的各種區(qū)別讓人不知從何著手。本次測(cè)試選用的是深圳市思為無線科技有限公司自主研發(fā)的RF 前端無線模塊RF4432PRO(內(nèi)嵌Si4432 芯片)和RF4463PRO（內(nèi)嵌Si4463 芯片），并描述了詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程、硬件接口和相關(guān)示例程序，希望為解決不同無線芯片間的通信問題提供一個(gè)參考的方法。

 

一、實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)計(jì)

 

1.1 芯片性能和特點(diǎn)

圖1：Si4432和Si4463 芯片內(nèi)置模塊框圖

 

RF4432PRO 無線模塊中的 Si4432 是美國(guó) Silabs 研發(fā)的一款工作頻段低于 1GHz的高性能射頻收發(fā)芯片，屬于其 EzRadioPro 系類。在國(guó)內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研、醫(yī)療(ISM)以及短距離無線通信設(shè)備(SRD)，其輸出功率可高達(dá) +20 dBm，接收靈敏度亦達(dá)到 -121 dBm。

 

RF4463PRO 無線模塊采用的是 Silicon Lab Si4463 器件，這是一款高度集成的無線 ISM 頻段收發(fā)芯片。極低的接收靈敏度（-126 dBm）,再加上業(yè)界領(lǐng)先的+20 dBm的輸出功率保證擴(kuò)大范圍和提高鏈路性能。同時(shí)內(nèi)置天線多樣性和對(duì)跳頻支持可以用于進(jìn)一步擴(kuò)大范圍，提高性能。

 

具體參數(shù)可見 Si4432 和 Si4463 的芯片手冊(cè)。RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊內(nèi)提供了 Si4432 和 Si4463 芯片內(nèi)置功能的硬件支持，用戶可直接根據(jù)芯片手冊(cè)進(jìn)行模塊的編程開發(fā)與控制。

 

無線模塊	RF4432PRO	RF4463PRO
頻率范圍	403MHz,433MHz,463MHz	403MHz,433MHz,463MHz
發(fā)射電流	85mA,@20dBm	85mA,@20dBm
接收電流	18.5mA	13.5mA
靜態(tài)功耗	<1uA	<0.1uA
發(fā)射功率范圍	1dBm~20dBm	-5dBm~20dBm
接收靈敏度	-121dbm @data=1.2kbps	-126dbm @data=500bps

表 1：經(jīng)測(cè)試深圳市思為無線科技有限公司的 RF4432 與 RF4463 射頻參數(shù)對(duì)比

 

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

 

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件使用了深圳市思為無線科技有限公司無線模塊 RF4432PRO 和RF4463PRO 及其相應(yīng)的 DEMO 演示板。RF4432PRO 和 RF4463PRO 模塊內(nèi)含了經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試通過的工業(yè)級(jí)高性能的芯片應(yīng)用電路。將各模塊通過插針連接在一起，便完成了硬件平臺(tái)的搭建。通過 DEMO 演示板中單片機(jī)的 SPI 口控制，兩個(gè)收發(fā)模塊之間相互通信，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。無線模塊 DEMO 演示板（如下圖 2）是深圳市思為無線科技有限公司配合無線前端收發(fā)模塊，為方便客戶調(diào)試程序、測(cè)試距離而研發(fā)的開發(fā)板。該DEMO演示板外置無線模塊引腳，設(shè)置參數(shù)可掉電保存。用戶可通過按鍵設(shè)置修改無線模塊的工作頻率、發(fā)射功率以及通訊速率等相關(guān)參數(shù)。RF4432PRO和RF4463PRO無線模塊的具體腳位定義可參考我司詳細(xì)的產(chǎn)品規(guī)格書。

圖 2：深圳市思為無線科技有限公司 DEMO 演示板和無線模塊硬件連接

 

二、無線模塊工作原理

 

無線信號(hào)的發(fā)射和接收是將信號(hào)調(diào)制和解調(diào)的過程。無論是相同還是不同的無線模塊通信，發(fā)射和接收兩部分調(diào)制格式、調(diào)制速率和頻率、頻偏和接收帶寬等調(diào)制參數(shù)的差別都會(huì)導(dǎo)致模塊之間無法通信的情況。

 

2.1 SPI 總線控制時(shí)序

 

RF4432PRO 和 RF4463PRO 模塊與單片機(jī)的通信是 RF 模塊根據(jù)單片機(jī)通過SPI 總線寫入的控制命令和數(shù)據(jù)將無線信號(hào)發(fā)射出去，并將接收到的數(shù)據(jù)和自身的相關(guān)信息通過 SPI 總線傳送給單片機(jī)。Si4432 與 Si4463 的 SPI 時(shí)序稍有區(qū)別。

 

圖3：Si4432 芯片 SPI 寫時(shí)序

圖4：Si4463 芯片 SPI 寫時(shí)序

 

2.2 測(cè)試模式

 

深圳市思為無線科技有限公司的 RF4432PRO 和 RF4463PRO 模塊的 DEMO演示板都有常發(fā)和常收兩種測(cè)試模式，便于調(diào)試程序。RF4432PRO 和 RF4463無線模塊在 DEMO 演示板測(cè)試模式下共同點(diǎn)是不停地傳送“101010......”，并可在相應(yīng)引腳看到接收的實(shí)時(shí)波形。

圖5：深圳市思為無線科技有限公司 DEMO 演示板測(cè)試模式波形

 

2.3 正常模式

 

深圳市思為無線科技有限公司 RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊的 DEMO 演示板的正常收發(fā)模式運(yùn)行在 Si4432 和 Si4463 的 PH+FIFO 模式。Si4432 與 Si4463 都配置了 64 字節(jié)的 FIFO 及相應(yīng)的數(shù)據(jù)包處理功能。該模式下，芯片自動(dòng)添加和偵測(cè)前導(dǎo)碼、同步字、校驗(yàn)等，并通過中斷表示通信狀態(tài)，大大方便了通信過程。在正常模式下通信，必須保證通信的兩個(gè)模塊的數(shù)據(jù)包格式設(shè)置完全一致，否則芯片將無法產(chǎn)生中斷。

圖6：Si4432 數(shù)據(jù)包格式 

圖7：Si4463 數(shù)據(jù)包格式

 

2.4 總結(jié)

 

對(duì)比 Si4432 和 Si4463 芯片的數(shù)據(jù)包格式如表 2?？梢园l(fā)現(xiàn)除了 Si4463 的數(shù)據(jù)包中可分為多個(gè)部分并各自設(shè) CRC 校驗(yàn)外，其余部分基本一致。為保證兩個(gè)芯片可以通信，將測(cè)試數(shù)據(jù)包格式設(shè)置如表 3。

 

	Si4432	Si4463
前導(dǎo)碼 Preamble	1~8 Bytes	1~8 Bytes
同步字 Sync Word	1~4 Bytes	1~4 Bytes
字頭 TX Header	√	√
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 Packet Length	√	√
數(shù)據(jù) DATA	0~64 Bytes	0~64 Bytes
CRC	0~2 Bytes	0,2,4 Bytes

表2： Si4432 與 Si4463 數(shù)據(jù)包格式對(duì)比

		前導(dǎo)碼	同步字	字頭	數(shù)據(jù)
長(zhǎng) 度	Si4432	8 Bytes	2 Bytes	4 Bytes	10 Bytes
	Si4463	8 Bytes	2 Bytes	4 Bytes	10 Bytes
內(nèi) 容	Si4432	“010101...”	0xb42b	“swwx”	“ABCDEFGHIm”
	Si4463	“010101...”	0xb42b	“swwx”	“ABCDEFGHIm”

表3：測(cè)試數(shù)據(jù)包格式

 

三、具體調(diào)試過程

 

系統(tǒng)通信采用的射頻參數(shù)設(shè)置為：Si4432和Si4463兩個(gè)模塊在433MHz，1.2Kbps速率下，接收靈敏度最高的參數(shù)分別如下：Si4432、Si4463頻偏：20kHz、5KHz；帶寬61KHz、28.62KHz；靈敏度-：121dBm、-123dBm當(dāng)Si4432和Si4463使用以上參數(shù)通訊時(shí)，通訊距離達(dá)不到同芯片通訊的距離。因此考慮將兩個(gè)無線模塊的頻偏設(shè)成一樣。由于實(shí)際應(yīng)用中，多為使用Si4463兼容Si4432的情況。因此,決定將Si4463的頻偏改為Si4432的頻偏20KHz。（具體寄存器配置見附件）發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如表 3 所示。為確保 RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊都能正常工作和提供參考波形，首先分別使相同模塊能在該設(shè)置下使用 DEMO 演示板的正常模式通信。

 

3.1 對(duì)比接收與發(fā)射波形

 

數(shù)據(jù)包模式由于芯片自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，只顯示結(jié)果，不利于程序的調(diào)試。因此我們使用深圳市思為無線科技有限公司 DEMO 演示板測(cè)試模式和外置引腳，通過同步觀察發(fā)送和接收波形這種最直觀的方式，來判斷通信質(zhì)量的好壞。

 

將RF4432PRO 和 RF4463PRO 的 GPIO2 和 GPIO1 設(shè)置為 Rx Data output 功能輸出，使接收的數(shù)據(jù)可以分別從 GPIO2 和 GPIO1 腳上實(shí)時(shí)輸出。使用邏輯分析儀來同步觀察 RF4463PRO 和 RF4432PRO 無線模塊發(fā)射、接收的波形并做相應(yīng)的對(duì)比。如圖8，可發(fā)現(xiàn) RF4432PRO 和 RF4463PRO 能正確接收對(duì)方的發(fā)射信號(hào)。

 

圖8：433MHz、1.2Kbps、20KHz 頻偏下 RF4432 與 RF4463 接收測(cè)試波形

 

持續(xù)在測(cè)試模式下接收一段時(shí)間，觀察每個(gè)接收波形，如圖 9，發(fā)現(xiàn)接收信號(hào)沒有變形，判斷在該射頻參數(shù)下 RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊可以正常通信。

 

圖9 ：433MHz 、1.2Kbps、 30KHz 頻偏下的 RF4463 接收波形

 

3.2 數(shù)據(jù)包模式接收

RF4432PRO 模塊和 RF4463PRO 模塊互相接收波形正確，因此保留射頻參數(shù)，將深圳市思為無線科技有限公司 DEMO 演示板的工作模式設(shè)為正常模式，看能否讓芯片產(chǎn)生中斷。發(fā)現(xiàn)沒有 RF4432PRO 模塊和 RF4463PRO 模塊都沒有產(chǎn)生接收中斷。分別將 DEMO 演示板設(shè)置成 RF4432PRO 正常發(fā)射、RF4463PRO 測(cè)試接收，RF4463PRO 正常發(fā)射、RF4432PRO 測(cè)試接收，對(duì)比 RF4432PRO 和 RF4463PRO 發(fā)射的數(shù)據(jù)包波形，發(fā)現(xiàn)兩模塊的數(shù)據(jù)包格式設(shè)置不一致。

 

圖10: 433MHz 、1.2Kbps、20KHz 頻偏下 RF4432 和 RF4463 發(fā)送數(shù)據(jù)包波形

 

經(jīng)對(duì)比，發(fā)現(xiàn) 4463 的同步字與設(shè)置“0x2DD4”不符，而是“0xB42B”。且 4432 的前導(dǎo)碼為“0101...”，不是之前默認(rèn)的“1010...”。將兩模塊的數(shù)據(jù)包格式重新調(diào)整，用 DEMO 演示板正常模式通信。發(fā)現(xiàn) RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊都產(chǎn)生了接收中斷。

 

圖11：433MHz 、1.2Kbps 、20KHz 頻偏 RF4463 和 RF4432 中斷

 

3.3 總體流程圖

圖12: RF4432PRO 和RF4463PRO 通信調(diào)試流程圖

 

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 

4.1 硬件結(jié)果

RF4463PRO 工作在深圳市思為無線科技有限公司 DEMO 演示板的正常發(fā)射模式，RF4432PRO 工作在 DEMO 演示板的正常接收模式。發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量顯示在屏幕上。如圖 13，發(fā)送一段時(shí)間后沒有丟包現(xiàn)象。

 

圖13: RF4432PRO(左)與 RF4463PRO 通信實(shí)物圖

 

4.2 軟件結(jié)果

圖14 中 4432IRQ 為 RF4432PRO 中斷引腳，4463IRQ 為 RF4463PRO 的中斷引腳?？梢娒總€(gè)發(fā)送中斷都有相應(yīng)的接收中斷。

圖14: RF4432PRO 和 RF4463PRO 通信中斷

五、示例程序

實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于 RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊的初始化設(shè)置部分，其余與相同無線模塊間的通信程序一致。將以下測(cè)試可行的 RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊初始化代碼直接代入通信程序，即可實(shí)現(xiàn) RF4432PRO 和 RF4463PRO 無線模塊間的通信。本實(shí)驗(yàn)使用的完整測(cè)試程序可見深圳市思為無線科技有限公司官網(wǎng)的 RF4432 DEMO CODE 和 RF4463 DEMO CODE。

 

5.1 RF4432PRO 初始化示例

si4432_config.rar

 

5.2 RF4463PRO 初始化示例

si4463_config.rar

 

注：附件下載位置在文章標(biāo)題下方。

 

六、總結(jié)

本文描述了深圳市思為無線科技有限公司的無線收發(fā)模塊通信RF4432PRO和RF4463PRO 間的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程、硬件接口和示例程序，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行。實(shí)現(xiàn)通信的基本方法是將RF4432PRO 和RF4463PRO 設(shè)置相同射頻參數(shù)及數(shù)據(jù)格式。這個(gè)方法也可以引申至其他不同無線模塊和無線芯片的通信。如遇到與文中不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程有疑問或其他想法歡迎與我們進(jìn)行技術(shù)交流

 

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