揭露基于SoC芯片CC2531和CC2591的WSN节点通信模块的设计

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）以其低复杂度，低成本，低功耗以及许多网络节点的优势，已在现实生活中得到越来越广泛的应用，尤其是一些基于网络的系统的出现。

芯片（SoC），大大降低了开发无线传感器网络的难度。

当使用这些片上系统进行无线传感器网络开发时，片上系统本身的无线通信部分的发射功率非常小（例如，CC2531的发射功率仅为4.5 dBm），并且其接收灵敏度也固定在一定水平上这限制了无线传感器网络的通信距离，并且常见的传输距离范围为几百米。

在某些特定的应用环境中，要求网络节点之间的放置距离必须超过一公里，甚至更远。

本文介绍了基于核心芯片CC2531的无线传感器网络节点设计，使用TI的2.4 GHz射频前端芯片CC2591来增加无线通信部分的发射功率，进一步提高其接收灵敏度，从而扩展通讯距离。

1核心芯片简介1.1 CC2531 CC2531是TI推出的具有USB功能的IEEE 802.15.4，ZigBee和RF4CE应用的片上系统（SoC）解决方案。

它可以以非常低的总材料成本构建强大的网络节点。

CC2531集成了2.4 G． Hz射频收发器，增强的行业标准8051 MCU，系统内可编程256 KB闪存，8 KB RAM和许多其他强大功能；发射功率为4.5 dBm（可调），接收器灵敏度为-97 dBm。

1.2 CC2591 CC2591是TI推出的高集成度射频前端芯片，工作在2.4 GHz的低功耗和低压无线应用中。

CC2591的内部集成功率放大器（PA）的增益为22 dB，最大发射功率为+22 dBm（输入+5 dBm），输出1 dB压缩点为+19 dBm。

接收部分内部集成的LNA具有高和低的接收增益。

11 dBm，1 dBm，噪声系数为4.8 dB，接收灵敏度提高了6 dB。

2总体设计根据设计要求，系统硬件结构框图如图1所示。

核心芯片CC2531结合了其外围电路（如晶体振荡器，A / D参考电压，存储器，传感器和调试接口等）。

），再加上必要的电源模块和RF前端芯片CC2591，以构成该方案的硬件系统。

当应用于不同领域时，可以相应地调整相应的传感器，电源，A / D参考电压，存储器等。

CC2531和CC2591的硬件设计是相对固定的。

图1系统硬件结构框图3性能参数预算3.1发射功率预算根据CC2531和CC2591的数据手册，可以知道CC2531RF端口的最大发射功率为+4.5 dBm，并且可以修改TXPOWER寄存器的值。

调整其发射功率，范围为-22〜+ 4.5dBm。

连接CC2591后，CC2591传输模式下的最大PA增益为22 dB，对应的传输功率范围为+ 22〜10 dBm（最大值由PA本身确定，最小值可以较小）。

考虑到其功率放大器的1 dBm压缩点（19 dBm）和系统功耗等因素，将其TX-POWER = 0xD5设置为CC2531的输出功率为1 dBm，CC2591的发送功率为19 dBm ，理想情况下是很大的。

功率输出参考设置（仅供参考，可能会有所变化）。

3.2接收灵敏度估算当CC2591处于接收高增益模式下，HGM = 1时，从外部天线连同内部T / R选择器到内部LNA的噪声系数NF为4.8 dB，而后部的内部分析信号端CC2531信噪比SNR为3 dB（以确保误码率处于一定水平），并且单通道发送和接收带宽BW可以设置为1 MHz或5 MHz。

根据该公式，在正常室温T0 ＝ 290K时，1Hz带宽的噪声功率为N0 ＝ -174dBm，接收灵敏度为S ＝ -174dBm + NF + SNR + 10log（BW）。

可以得到替代参数：当接收带宽为5 MHz时，接收灵敏度S = -99。

2 dBm。

3.3通讯距离估算在实际环境中，任意两点之间的通讯，通常无法定量估算环境对传输波造成的损耗，并且会随环境变化而变化很大。

不管外部影响和传输损耗如何，在电磁波在理想条件下传播的条件下，