通过 BlueNRG-LP 驱动外部 RF 前端

littleshrimp 发表于 2022-8-29 12:49

BlueNRG-LP 是一款超低功耗的蓝牙低功耗 SoC 器件，在天线连接器处可达到+8 dBm 输出功率。然而，蓝牙标准允许的最大输出功率为+20 dbm（当地法规仍然可以将输出功率限制在较低的值）。由于该原因，BlueNRG-LP 提供了控制外部 RF 前端的可能性，可以通过使用集成的功率放大器来增加输出功率。除了功率放大器（PA）， RF 前端通常还可以集成一个低噪声放大器（用于提高灵敏度）、TX/RX 开关电路、匹配网络和谐波滤波器。

一、RF 控制信号            

        通常来说，一个外部前端至少要有 2 个引脚来控制，从而选择性地将天线连接到 PA 的输出或 LNA 的输入（LNA 可能不存在）。在 LNA 不存在的情况下，射频开关可以直接将 TX/RX 引脚与天线连接。下面显示了一个外部前端的简单框图示例。前端内部可能有其他功能块（例如 PA 上的谐波滤波器），或 TX/RX 端口和天线之间的旁路路径。

        

        为了控制外部前端，需要从 SoC 生成一些信号。通常只需两个信号即可：前者控制 TX 路径，后者控制 RX 路径。这些信号控制前端的方式会因制造商而存在差别。此外，在无线电处于传输或接收状态之前，总是需要预测 TX_EN/RX_EN 信号。这是因为功率放大器稳定功率需要一定的时间，同时也会消耗大量的电流，由此便会导致 BueNRG-LP PLL 不稳定。因此，无线电定序器会产生两种信号：

• TX_SEQUENCE，当无线电定序器将要启动传输时，此信号将升高；当内部 PA 被关闭时，此信号则降低。

• RX_SEQUENCE，当无线电定序器准备开始接收时，此信号将升高；当无线电离开 RX 状态时，此信号则降低。

        TX_SEQUENCE 从低到高的转变发生在无线传输首个比特之前。同样，RX_SEQUENCE 从低到高的转变发生在无线电处于接收状态之前。以上时间控制取决于状态（TX 或 RX）和 PLL 校准是否完成。每次使用不同的射频通道时都要进行 PLL 校准。时间控制见表 1. 射频控制信号和 TX/RX 状态之间的延迟。这些时间控制基于硬件需求，并由固件相应地设置。  

          下图中的框图显示了 BlueNRG-LP 与外部前端之间的必要连接。TX_CTRL 和 RX_CTRL 是用于控制前端的引脚，可因所用的控制模式而异。如果前端已经集成了阻抗匹配和合适的谐波滤波器，则无需外加匹配网络和谐波滤波器。

           图 2. BlueNRG-LP 与射频前端的连接框图

  

二、RF 控制模式

        BlueNRG-LP 中有两种选项用于使用由无线电定序器产生的 TX/RX 序列信号。 1. 自动模式，即内部 TX_SEQUENCE 和 RX_SEQUENCE 信号被路由到 SoC GPIO。这些信号可能与前端的控制逻辑不兼容 2. 中断模式，即内部 TX_SEQUENCE 和 RX_SEQUENCE 信号产生中断请求，使固件能够按照前端需要的控制逻辑采取动作

2.1    自动控制模式

        在自动模式下，可以在部分 BlueNRG-LP GPIO 上启用 TX_SEQUENCE 和 RX_SEQUENCE 信号。

  该模式的优点是，TX/RX 序列信号是自动生成的，无需来自固件的任何操作。灵活性方面的缺点：前端的控制逻辑必须与无线电定序器产生的信号兼容。例如，一个具有下表所示控制逻辑的前端直接兼容 TX_SEQUENCE 和 RX_SEQUENCE 信号。

 

  2.2    中断控制模式

        在中断模式下，能够产生中断的系统控制器可以检测到来自定序器的 TX_SEQUENCE 和 RX_SEQUENCE 信号。要启用 TX/RX 序列中断，可以使用以下代码。

<pre>
<code class="language-cpp">LL_APB0_EnableClock(LL_APB0_PERIPH_SYSCFG);
LL_SYSCFG_BLERXTX_SetTrigger(LL_SYSCFG_BLERXTX_TRIGGER_BOTH_EDGE, LL_SYSCFG_BLE_TX_EVENT);
LL_SYSCFG_BLERXTX_SetTrigger(LL_SYSCFG_BLERXTX_TRIGGER_BOTH_EDGE, LL_SYSCFG_BLE_RX_EVENT);
LL_SYSCFG_BLERXTX_SetType(LL_SYSCFG_BLERXTX_DET_TYPE_EDGE, LL_SYSCFG_BLE_TX_EVENT);
LL_SYSCFG_BLERXTX_SetType(LL_SYSCFG_BLERXTX_DET_TYPE_EDGE, LL_SYSCFG_BLE_RX_EVENT);
LL_SYSCFG_BLERXTX_EnableIT(LL_SYSCFG_BLE_TX_EVENT|LL_SYSCFG_BLE_RX_EVENT);</code></pre>

BLE_RXTX_SEQ_IRQHandler 可以定义如下：

<pre>
<code class="language-cpp">void BLE_RXTX_SEQ_IRQHandler(void)
{
if(LL_SYSCFG_BLERXTX_IsInterruptPending(LL_SYSCFG_BLE_TX_EVENT))
{
// Set GPIOs to make RF Front End enter TX mode
LL_SYSCFG_BLERXTX_ClearInterrupt(LL_SYSCFG_BLE_TX_EVENT);
}
else if(LL_SYSCFG_BLERXTX_IsInterruptPending(LL_SYSCFG_BLE_RX_EVENT))
{
// 设置 GPIO，让 RF 前端进入 RX 模式。
LL_SYSCFG_BLERXTX_ClearInterrupt(LL_SYSCFG_BLE_RX_EVENT);
}
}
</code></pre>

        在中断服务程序内部，任何 GPIO 都可以用于驱动 RF 前端。与自动控制模式相比，该操作模式可实现任何控制逻辑，因而更具灵活性。但这种方法的缺点是，如果在此期间有更高优先级的中断出现，则控制信号可能被延迟。建议使用比 BLE_TX_RX_IRQHandler 低但比其他中断高的优先级。即使将最高优先级分配给 BLE_TX_RX_IRQHandler，也不会对 BLE_RXTX_SEQ_IRQHandler 造成干扰。事实上，BLE_TX_RX_IRQHandler 只在 TX/RX 序列的末尾执行。因此，在应当驱动外部前端退出 RX 或 TX 模式时，BLE_RXTX_SEQ_IRQHandler 仅在 TX/RX 序列末尾处会因执行 BLE_TX_RX_IRQHandler 而被延迟，此操作不属于关键操作。

 

<div></div>

tianmeimei 发表于 2022-8-29 23:42

芯片上电（或复位）后，芯片内部的 ROM 代码会先运行，当检测到 PA10 脚为低电平时，会直接跑进 FLASH 开始运行用户固件（运行失败会停在 while(1) ）。当检测到 PA10 脚为高电平时，会运行 UART BOOTLOADER 流程。UART BOOTLOADER 可通过串口接收用户指令，执行一系列的操作。

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