对的目标市场而言，SoC将变得越来越重要，因为它们可以节省整个系统的总体材料清单(BOM)成本。此外，SoC还拥有诸多其它方面的优势，比如PCB尺寸更小、组装和测试更简单、可靠性更高、对外部杂散噪声的敏感度更低等。ZigBee SoC非常重要的一个特性就是RF收发器有效地与微控制器融为一体，成为微控制器的一个外围元件。与那些采用两个或者更多单独芯片的解决方案相比，这种方法使应用开发更加容易。

对许多ZigBee系统而言，低功耗是最基本要求，因此ZigBee SoC拥有很低的有效电流消耗非常重要。此外，拥有超低功耗睡眠模式，且从这些模式到xx模式的切换时间很短也同样重要，例如：ZigBee灯控开关(一种典型的ZigBee终端设备)在大多数情况下都工作在无信标模式下，只有当按钮被按下，出现中断信号时才发送数据。为延长电池的使用时间，睡眠模式下的电流必须非常低，在定义和开发ZigBee SoC时必须谨记这一点。

无线监控与控制系统通常需要大量的节点及，这使无线解决方案成为必要。同时，由于传感器节点必须在低成本电池上工作数年，所以它们必须具有极低的功耗。此外，传感器节点所发送的信息数据有限，因此通信链路的数据速率可以为低/中速率。很明显，这些链路必须可靠安全，与此同时通信解决方案的成本必须很低，以实现预期的市场增长。

当前的许多无线监控与控制系统通常都采用专有的解决方案，但对于广大系统开发人员来说，基于诸如ZigBee技术的通用标准化平台来设计其应用具有很大优势。ZigBee是{wy}的专为满足无线监控与控制系统?特要求的射频网络标准。ZigBee规范提供了工作在媒体接入控制层(MAC)及物理层(PHY)IEEE 802.15.4标准顶层的网络和应用支持业务。

借助ZigBee，终端产品设计人员可以在标准化应用框架顶层上构建应用，而无须采用专有解决方案来处理复杂的射频和网络问题。通过测试且符合ZigBee规范的平台将进一步降低产品开发成本，并加速产品上市的进程。{zh1}，由于IEEE 802.15.4提供2.4GHz标准化射频接口，终端产品制造商可以获得全球性解决方案并独立于RF IC厂商。2.4GHz ISM频带在全球范围内均为免授权使用。

ZigBee和IEEE 802.15.4概述

ZigBee规范由ZigBee联盟于2004年12月批准通过，是一种针对低成本、低功耗无线嵌入式网络的开放式全球标准。表1列举了一些ZigBee解决方案适用的应用实例。

ZigBee构建在由IEEE 802.15.4标准定义的鲁棒的PHY层和MAC层上。在PHY和MAC层之上，ZigBee定义了具有数据安全特性和互操作应用界面的网状网、点对点以及集群树状网络拓扑结构(图1)。

众所周知，蓝牙和等标准并不适用于低功耗嵌入式传感器网络应用，因为这些标准不仅具有复杂、功耗高的RF IC和协议，而且节点成本高。ZigBee是专为满足这些无线控制与监控应用的典型需求的{wy}标准。这些需求包括：具有使无线解决方案成为必要需求的大量节点/传感器、极低的系统/节点成本、仅使用低成本电池就可工作数年(这要求低功耗RF IC和协议)、各节点之间的链路必须安全可靠、网络必须易于部署、信息链路数据速率可以为低/中速率(因为通常从传感器节点发送的信息量很有限)、网络传输一般为周期性或间断性且具有低占空比、传感器节点通常会保持长时间的静止状态、必须提供全球性解决方案。

表2将ZigBee与蓝牙、WLAN进行了对比，从中可看出这些标准在很大程度上是相互补充的。例如：蓝牙最适用于如线缆替代的ad-hoc网络(例如手机的无线免提解决方案、屏幕图形/图像的传输以及中等大小的文件传输)；WLAN最适用于大量数据的传输/下载；ZigBee最适用于传输以静态为主、节点众多但每个节点仅以较低的占空比发射有限数据的网络。

1. IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4标准定义了支持全球(2.4GHz)或区域(868MHz或915MHz)部署的PHY和MAC。

IEEE 802.15.4网络中无线信道接入方法采用具有CSMA-CA的载波监听多路接入，支持竞争模式和非竞争模式信道接入方法。IEEE 802.15.4标准采用6?位IEEE和16位短址，以从理论上提供每个网络高达65,536个节点。表3给出了该IEEE 802.15.4 2.4 GHz PHY主要参数的概览。

IEEE 802.15.4定义的数据传输调制格式描述如下：一个数据字节的四个{zd1}有效位被绘制为一个符号，四个{zg}有效位被绘制为下一个符号。共有16个不同符号，每一个符号均由32个芯片预定义伪随机序列组成。每一个芯片都被半正弦成形并被馈至一个数字偏移QPSK调制器。这种方案有效地实现了一个直接序列展频(DSSS)调制格式，并具有250kbps的原始数据速率，以及一个2Mchip/s的码片速率。这种调制相当于最小频移键控(MSK)，其为一种恒定包络调制方案。这样就允许使用一些简单、低成本以及相对非线性的功率放大器设计。

PHY包括一些诸如接收机能量检测(ED)、链路质量指示(LQI)和空闲信道评估(CCA)等功能。

IEEE 802.15.4 MAC子层的作用：(1)建立一个个人局域网(PAN)；(2)在网络中发送信标(可选)；(3)信标同步(可选)；(4)网络建立/断开；(5)支持MAC层安全(基于AES-128加密技术)；(6)利用CSMA-CA机制；(7)用于信道接入、数据包收到确认和重发、帧校验序列(FCS)计算和检查；(8)提供两个对等MAC实体之间的可靠链路，即提供带有鲁棒的链路的更高层(如ZigBee网络层)用于数据传输。

2. ZigBee规范

由ZigBee联盟制定的ZigBee规范对网络、安全和IEEE 802.15.4 PHY及MAC层之上的应用层进行了定义。ZigBee联盟还给出了互操作性和兼容性测试规范。

ZigBee网络层的主要功能是处理设备发现机制和网络配置，并支持三种网络拓扑结构：星状网、网状网(点对点)和集群树状网结构(图2)。

网状网络具有比一条通路网络更高的可靠性和可扩展性。这种网络拥有一种所谓的“自修复”功能，即如果一个路由器节点出现故障，数据将会通过网络中的其它路由路径被发送(前提是路由器节点的密度足够大。

ZigBee网络的建立较为简单，因为该网络的形成是自动完成的。另外，ZigBee网络还具有优异的可扩展性。

IEEE 802.15.4定义了两种设备类型：简化功能设备(RFD)和全功能设备(FFD)。在ZigBee中，这些被称为ZigBee物理设备类型。

在ZigBee网络中，一个节点可以有三种角色：ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端设备，这些是ZigBee的逻辑设备类型。

ZigBee协调器的主要职责是建立网络并设定主要参数，例如选择射频通道、定义{wy}的网络标识符。它可以通过ZigBee路由器来扩展网络的通信距离。这些路由器也可作为由于距离太远而无法直接通讯的两个设备间的中继器。ZigBee的终端不参与路由。

FFD可以与RFD或其它FFD通讯，但RFD只能与FFD通讯。RFD是为了那些非常简单的应用而设计，比如灯的开关或无源红外传感器。这些设备并不需要发射大量的数据，只是在某一时刻需要与一个FFD进行通讯。因此，RFD只需要最少的资源和存储器空间，其成本比FFD更低。FFD可以用来实现所有三种ZigBee逻辑设备类型，但RFD只能充当终端设备。

专门为Zigbee应用而设计的SoC

CC2430是一款真正的SoC CMOS解决方案，专为提供高性能并满足基于ZigBee技术的2.4GHz ISM频带无线应用对低成本、低功耗的要求而量身定制。它将经过验证的高性能2.4GHz直接序列展频(DSSS)射频收发器内核和经过业界验证的、高效的、紧凑型8051微处理器集成在一起。

CC2430包含8KB RAM和许多功能强大的外围模块。CC2430有3种版本，分别包含32KB、6?KB和128KB闪存，以优化复杂性和成本之间的折衷。

CC2430采用0.18μm CMOS工艺和7×7mm、48引脚封装，具有嵌入式闪存功能，在同一个物理硅片上实现了数字基带处理、RF、模拟电路以及系统存储器的集成。

图3是CC2430的结构框图。CC2430最重要的子系统是MCU子系统(包括片上存储器和外设)和射频收发器，其它模块提供与电源管理、时钟分配和测试相关的一些重要功能。

1. MCU和内存子系统

CC2430协议栈执行、网络和应用软件的处理能力包括一个运行于32MHz上的增强型工业标准8位8051微处理器内核。由于更快的执行时间和通过除去被浪费掉的总线状态的方式，使得使用标准8051指令集的CC2430增强型8051内核具有8倍的标准8051内核的性能。

针对协议栈、网络和应用软件的执行对MCU处理能力的要求，CC2430包含增强型工业标准的8位8051微控制器内核，运行时钟为32MHz。CC2430的增强型8051内核采用标准8051指令集，但由于具有更快的执行时间并xx了浪费总线状态，它的性能是标准8051内核的8倍。

CC2430包含直接存储器存取(DMA)控制器，该控制器可减轻8051微处理内核处理数据的负担，以实现高功率和高性能。在系统的核心，存储器仲裁器通过SFR总线将MCU和DMA控制器与物理存储器和所有外设同连接起来。

CC2430拥有8KB静态RAM，其中4KB为超低功耗SRAM类型，能在CC2430被设定为功耗模式2或者3(主要数字器件被关闭)时保存数据。32KB、6?KB或128KB的片上存储器块提供电路内可编程非易失性存储器，主要为协议栈、网络和用户应用保存程序代码。

CC2430集成了用于系统时钟和定时操作的4个振荡器：一个32MHz晶体振荡器，一个16MHzRC振荡器，另外两个是可选的32.768kHz晶体振荡器和RC振荡器。

CC2430还为用户定义应用集成了很多外设。一个专用AES(高级加密标准)协处理器被集成在CC2430中，以支持IEEE 802.15.4 MAC安全所要求的(128b密钥长度)AES的运行，并尽可能少占用微处理器资源。

中断控制器为总共18个中断源提供服务，它们中的每个中断都被赋予4个中断优先级中的某一个。调试接口采用专有的两线串行接口，该接口被用于在电路调试和外部闪存编程。I/O控制器负责CC2430上21个通用I/O引脚的灵活分配和可靠控制。

CC2430包含4个定时器：一个16位MAC定时器，用来为IEEE 802.15.4 CSMA-CA算法以及802.15.4 MAC层提供定时；一个通用16位和两个通用8位定时器，用来支持典型的定时/计数功能，比如输入捕获、输出对比和PWM功能。

集成在CC2430 SoC中的其它外设包括：实时时钟、上电复位、8~14位8通道?-∑型ADC、可编程看门狗定时器、两个用于主/从SPI或UART操作的可编程USART。

为获得更宽的处理网络和应用操作的带宽，CC2430集成了对定时要求严格的一系列IEEE802.15.4 MAC协议，以减轻微控制器的负担。这些协议：自动前导码生成器、同步字插入/删除、MAC有效负载的CRC-16计算及校验、空闲信道评估(CCA)、能量检测/数字RSSI、链路质量指示(LQI)、CSMA/CA协处理器。

2. RF和模拟收发器

表3总结了IEEE 802.15.4标准的主要物理特性。CC2430的RF及模拟部分执行与PHY有关的操作(图4)。

CC2430接收器基于一种低IF架构，从天线接收到的RF信号被低噪声放大器放大，并被正交下变频转化为2MHz中频(IF)。这个IF信号被滤波和放大，然后通过两个模数转换器进行数字化。自动增益控制、良好的信道滤波和解调均在数字域中完成，以获得高精度和空间利用率。集成的模拟通道滤波器可以在工作在2.4GHz ISM频带的不同系统中良好地共存。

在发射模式中，位映射和调制依照IEEE 802.15.4规范进行，调制(以及扩频)以数字方法完成。经过调制的基带信号经过数模转换器，再由单边带调制器进行低通过滤，并直接转换为RF信号。{zh1}，该RF信号在进入外部天线之前被片上功率放大器放大至一个可编程的水平。

RF输入和输出端口为全差分端口，它们共用两个引脚。CC2430在内部集成了TX/RX开关，不需要外部开关。芯片至天线之间的RF接口有效地实现不平衡变压器功能，它由一些低成本的电容器和电感组成，同时还具有阻抗匹配和一些滤波功能。此外，还可以使用一种平衡天线，比如折叠偶极天线。图5是CC2430的典型应用电路图。频率合成器是xx集成的，xx了对环路滤波器或者外部无源压控振荡器的需求。片上LC VCO的工作频率是LO频率范围的两倍，它同二分压电路一起提供了用于上变频/下变频转换的复杂混频器所使用的正交LO信号。

3. 应用设计

从表4可知，CC2430器件的性能超过了IEEE802.15.4规范的要求，同时还具有优异的选择性和灵敏度等RF性能，这使得工作在2.4GHz ISM频带的不同设备能很好地共存，并能在更长的距离范围内提供更可靠的通信。

CC2430的工作功耗很低，这归功于集成化模块、根据不同功率要求定义的四种不同的负载功率模式，以及不同模式之间的快速转换速度所带来的低功耗特性。在数字部分，时钟门控技术被用来降低动态功率消耗，通过关闭非xx模块的电源则能获得超低静态(泄漏)功耗。

CC2430不仅拥有优异的RF和低功耗性能，还具有足够的处理带宽和内存。它适用于所有ZigBee或者类似ZigBee的无线网络节点，包括协调器、路由器和终端设备。(CC2430还可以作为通用2.4GHz DSSS器件，用在许多未采用ZigBee技术的专有解决方案或IEEE 802.15.4兼容解决方案)。

CC2430 SoC具有广泛的应用，包括楼宇自动化、工业监控与控制系统、无线传感器网络等。CC2430具有很高的xxx，通过将其用作单个有源设备，OEM厂商可以轻松、快捷、可靠地开发出许多复杂的无线网络产品，以尽量缩短产品上市时间，降低产品成本。

完整的HW/SW解决方案

开发ZigBee终端产品的{zj0}途径是采用ZigBee联盟对符合ZigBee标准的平台的定义。经过验证、稳健、符合ZigBee标准的平台由硬件和软件组成(可从多家厂商获得)，构成了ZigBee产品开发的牢固基础。在这种平台之上不仅可以添加应用本身，还可以添加应用特性，从而加快产品上市进程并降低系统设计成本。

利用ZigBee SoC可实现MCU内核、软件和RF收发器之间的紧密集成，使其更易于使用。CC2430由一个功能强大的集成开发环境(IDE)支持。这个IDE由全面的开发套件组成，包括CC2430硬件和带程序的C代码库。这些程序可以使用户轻松地开始使用SoC，同时快速获得稳健的RF链路。为满足行业标准IAR C-SPY IDE，该平台通过简单的二线串行接口支持电路内交互式调试。

通过结合TI Z-Stack(ZigBee协议栈)，CC2430是一个完整且功能强大的ZigBee节点解决方案。此外，诸如网络配置、应用特性构建以及系统调试等工具均为附加组成部分，这使得CC2430和TI Z-Stack的组合具有独特性。所有这些都关注易于使用特性和帮助工程师们开发ZigBee应用。