Tối ưu hóa vị trí đặt và dung lượng của tụ bù trong lưới điện phân phối

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
..

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan:
- Đây là cơng trình nghiên cứu do chính tơi thực hiện.
- Kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai sử
dụng để công bố.
Người thực hiện luận văn

Dương Quang Thắng

1


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ 1
MỤC LỤC ........................................................................................................ 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................... 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. 6
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT......................................................... 7
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 8
Chương 1: Thiết kế mô đun truyền thơng khơng dây hai chiều sử dụng
sóng RF tần số 433 Mhz ................................................................................ 12
1.1. Tóm tắt lý thuyết sử dụng ..................................................................... 12
1.1.1. Lý thuyết ......................................................................................... 12
1.1.2. Công cụ sử dụng ............................................................................. 18
1.2. Thiết kế mạch nguyên lý ....................................................................... 20

1.2.1. Cấu trúc IC CC1101 ....................................................................... 20
1.2.2. Mạch nguyên lý .............................................................................. 29
1.3. Thiết kế mạch in.................................................................................... 39
1.3.1. Lựa chọn linh kiện .......................................................................... 39
1.3.2. Thiết kế mạch in với phần mềm Allegro ........................................ 41
1.3.3. Mô phỏng mạch in với phần mềm ADS ......................................... 43
1.4. Kết quả và đánh giá............................................................................... 48
1.4.1. Mạch in hoàn thiện ......................................................................... 48
1.4.2. Mơ đun RF hồn thiện .................................................................... 48
1.4.3. Đánh giá .......................................................................................... 49
Chương 2: Ứng dụng mô đun truyền thông RF trong trao đổi thông tin
của hệ thống kiểm tra chất lượng bộ lưu điện cửa cuốn ........................... 50
2.1. Giới thiệu về công ty Thái Hưng Khang .............................................. 50
2.2. Bộ lưu điện cửa cuốn EMAX ............................................................... 51
2.2.1. Tính năng bộ lưu điện EMAX ........................................................ 51
2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

2.2.2. Cấu trúc bộ lưu điện EMAX ........................................................... 54
2.3. Hệ thống kiểm tra chất lượng bộ lưu điện cửa cuốn EMAX ................ 56
2.3.1. Ý tưởng hệ thống kiểm tra chất lượng ............................................ 56
2.3.2. Cấu trúc hệ thống kiểm tra chất lượng tự động .............................. 58
2.4. Ứng dụng mô đun truyền thông RF trong trao đổi thông tin ................ 59
2.4.1. Cấu trúc dữ liệu truyền nhận .......................................................... 59
2.4.2. Cấu hình IC CC1101....................................................................... 61
2.5. Đánh giá ................................................................................................ 64
2.5.1. Kết quả ............................................................................................ 64
3.5.2. Hạn chế ........................................................................................... 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 66
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 67

3


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Trở kháng đặc tính của đường truyền dẫn
Hình 1.2: Mơ hình truyền dẫn
Hình 1.3: Phối hợp trở kháng với trở kháng thực
Hình 1.4: Phối hợp trở kháng với trở kháng phức
Hình 1.5: Sơ đồ truyền dẫn ở tần số cao
Hình 1.6: Giao diện phần mềm ADS 2013.06
Hình 1.7: Giao diện phần mềm Allegro 16.6
Hình 1.8: Sơ đồ chân CC1101
Hình 1.9: Sơ đồ cấu trúc CC1101
Hình 1.10: Giao diện SPI
Hình 1.11: Cấu trúc dữ liệu CC1101
Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý mạch RF CC1101
Hình 1.13: Cấu trúc mạch phối hợp trở kháng
Hình 1.14: Sơ đồ mơ phỏng bộ cộng
Hình 1.15: Kết quả mơ phỏng bộ cộng
Hình 1.16: Sơ đồ ngun lý bộ lọc thơng thấp
Hình 1.17: Sơ đồ mơ phỏng bộ lọc thơng thấp
Hình 1.18: Kết quả mơ phỏng bộ lọc thơng thấp
Hình 1.19: Tính tốn đường truyền dẫn 50Ω
Hình 1.20-a: Kết quả mơ phỏng mạch phối hợp trở kháng

Hình 1.20-b: Kết quả mơ phỏng mạch phối hợp trở kháng
Hình 1.20-c: Kết quả mơ phỏng mạch phối hợp trở kháng
Hình 1.21-a: Mặt trên mạch in
Hình 1.21-b: Mặt dưới mạch in
Hình 1.21-c: Lớp in hình linh kiện mạch in
Hình 1.22: Cấu trúc mơ phỏng mạch in với phần mềm ADS
Hình 1.23-a: Sơ đồ mô phỏng mạch in
4


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Hình 1.23-b: Sơ đồ mơ phỏng mạch in
Hình 1.24-a: Kết quả mơ phỏng mạch in
Hình 1.24-b: Kết quả mơ phỏng mạch in
Hình 1.25: Mạch in hồn thiện
Hình 1.26: Mơ đun RF hồn thiện
Hình 2.1: Bộ lưu điện cửa cuốn EMAX
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc bộ lưu điện cửa cuốn EMAX
Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống kiểm tra chất lượng

5


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Cấu trúc chân CC1101
Bảng 1.2: Thanh ghi cấu hình CC1101
Bảng 1.3: Thanh ghi trạng thái CC1101

Bảng 1.4: Thông số bộ cộng
Bảng 1.5: Thông số bộ lọc thông thấp
Bảng 1.6: Danh sách linh kiện lựa chọn
Bảng 2.1: Cấu trúc dữ liệu truyền nhận
Bảng 2.2: Thơng số cấu hình CC1101

6


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
2-FSK

Binary Frequency Shift Keying

4-FSK

Quatemary Frequency Shift Keying

ADC

Analog to Digital Converter

ADS

Advanced Design System

CCA

Clear Channel Assessment

CRC

Cyclic Redundancy Check

FIFO

First In First Out

GFSK

Gaussian shaped Frequency Shift Keying

IC

Intergrated Circuit

LQI

Link Quality Indicator

PA

Power Amplifier

PQI

Preamble Quality Indicator

RF

Radio Frequency

RSSI

Received Signal Strength Indicator

RX

Receive, Receive Mode

SPI

Serial Peripheral Interface

TX

Transmit, Transmit Mode

7


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, kỹ thuật truyền thông
không dây đang ngày càng cho thấy đó là xu thế tất yếu. Các ứng dụng không
dây được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: thiết bị công nghiệp, thiết bị
đo lường, hệ thống nhà thông minh, hay các ứng dụng phục vụ nhu cầu ngày

càng cao của con người như giải trí, các thiết bị y tế các nhân… Để đáp ứng
các lĩnh vực đa dạng đó, kỹ thuật truyền thông không dây được đưa ra theo
nhiều chuẩn khác nhau như: RF dưới 1Ghz, wifi, Bluetooth, Zigbee… Mỗi
chuẩn kỹ thuật đều có những ưu điểm riêng, phù hợp với những ứng dụng khác
nhau.
Theo chương trình đạo tạo Thạc sĩ kỹ thuật, nội dung luận văn tốt nghiệp
định hướng là giải quyết một vấn đề thực nghiệm khoa học nhằm đáp ứng nhu
cầu phát triển, hiện đại hóa sản xuất và ứng dụng nghề nghiệp liên quan tới
công việc của học viên. Chính vì vậy, cùng với lý do trên, tác giả quyết định
lựa chọn đề tài: “Thiết kế mô đun truyền thơng khơng dây hai chiều sử dụng
sóng RF và ứng dụng trong trao đổi thông tin của hệ thống kiểm tra chất
lượng bộ lưu điện cửa cuốn của công ty cổ phần công nghệ Thái Hưng
Khang”
Nội dung đề tài gồm 2 phần:
- Thiết kế mô đun truyền thông khơng dây 2 chiều sử dụng sóng RF
- Ứng dụng mơ đun RF trong ứng dụng cụ thể đó là phần trao đổi thông
tin của hệ thống kiểm tra chất lượng tự động bộ lưu điện cửa cuốn của Công ty
cổ phần công nghệ Thái Hưng Khang.
Đối với thiết kế sản phẩm RF, lựa chọn tần số thiết kế là công việc cần
thiết đầu tiên. Lựa chọn tần số RF sử dụng không chỉ quyết định tới cấu trúc
thiết kế mà còn phải phù hợp với luật pháp nơi ứng dụng thiết bị RF. Ở các khu
8


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

vực khác nhau hoặc với các quốc gia khác nhau, việc sử dụng tần số RF sẽ có
những quy định riêng theo khu vực hoặc quốc gia đó. Có những tần số riêng
cho những ứng dụng cụ thể (ví dụ ở Việt Nam tần số 408.925 Mhz được cục
tần số quy định độc quyền cho việc đọc dữ liệu điện năng từ xa của tập đồn

điện lực Việt Nam). Ngồi ra, có những tần số RF chung, được sử dụng miễn
phí mà phần lớn thiết bị của các nhà xản xuất được thiết kế với tần số này. Ở
khu vực Bắc Mỹ, tần số RF là 315Mhz hoặc 915Mhz, ở khu vực Châu Âu, tần
số RF là 433Mhz hoặc 868Mhz, ở Nhật Bản tần số RF là 426Mhz hoặc
920Mhz, khu vực Châu Á là 315Mhz, 433Mhz hoặc 915Mhz. Tần số RF
433Mhz là miễn phí và được sử dụng phổ biến, rộng rãi trên thế giới. Nội dung
thiết kế mô đun RF trong luận văn sẽ lựa chọn giải pháp thiết kế tại tần số
433Mhz.
Hiện nay, với các nhà sản xuất bán dẫn lớn, về giải pháp RF dưới 1Ghz
đều đưa ra giải pháp sử dụng IC tích hợp. Các IC được tích hợp sẵn nhiều tính
năng và nội dung xử lý bên trong. Điều này giúp cho cấu trúc thiết kế đơn giản,
rút ngắn thời gian nghiên cứu, thiết kế, đồng thời nâng cao chất lượng, độ tin
cậy cho sản phẩm. Có thể kể ra một số dòng IC cho giải pháp RF dưới 1 Ghz
của các hãng:
- Hãng Texas Instrument của Mỹ với dòng IC CC1101, CC1120, CC1121,
CC1125… hoặc IC được tích hợp thêm vi xử lý như CC1110, CC1111, CC430.
Các IC này đều có thể lập trình linh hoạt với các dải tần số RF khác nhau, với
cùng 1 cấu trúc, việc cài đặt là thu hoặc phát tín hiệu được xử lý bên trong IC.
- Hãng

SiliconLab

với

dòng

IC

Si4455/Si4454/Si4453

hoặc

Si4464/Si4463/Si4461/Si4460 cũng là dòng IC linh hoạt cho ứng dụng RF ở
tần số dưới 1Ghz.
- Hoặc hãng ST Electronic với dòng IC SPIRIT

9


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Texas Instrument là hãng sản xuất bán dẫn của Mỹ. Với các giải pháp
đưa ra thì hệ thống tài liệu, thiết kế mẫu của Texas Instrument rất đầy đủ và chi
tiết. Ở Việt Nam, Texas Instrumenr có văn phịng đại diện và nhiều chính sách
tạo thuận lợi, hỗ trợ người nghiên cứu, thiết kế như việc tư vấn về giải pháp,
xin linh kiện mẫu hay hỗ trợ các vấn đề kỹ thuật.
Qua việc phân tích giải pháp của các hãng cũng như tần số RF phù hợp,
phần thiết kế mô đun truyền thông 2 chiều sử dụng sóng RF sẽ lựa chọn giải
pháp của hãng Texas Instrument và cụ thể là IC CC1101 tại tần số 433Mhz.
Về ý nghĩa thực tế, mô đun RF CC1101 được ứng dụng rộng rãi:
- Thiết bị đo lường: công tơ điện tử, đồng hồ đo mức nước, khí ga…
- Thiết bị bảo vệ, cảnh báo: cảnh báo dị khí ga, cảnh báo kính vỡ…
- Tự động hóa: Hệ thống nhà tự động, thiết bị công nghiệp …
Mô đun RF tần số 433Mhz với giải pháp sử dụng IC CC1101 của Texas
Instrument ở Việt Nam:
- Trên thị trường điện tử Việt Nam, mô đun CC1101 được giao bán khá
nhiều tại các cửa hàng điện tử. Tuy nhiên, các mô đun này hầu hết xuất xứ từ
Trung Quốc, chất lượng không được đảm bảo.
- Mô đun chất lượng cao của các nhà sản xuất ngồi nước thì gặp phải vấn
đề về thủ tục nhập khẩu cũng như số lượng sản phẩm. Đối với các dự án số

lượng không quá lớn, giá thành nhập các mô đun này là cao, làm phát sinh lớn
trong giá thành sản phẩm.
- Về nghiên cứu thiết kế, giải pháp RF với IC CC1101 đã có 1 số thiết kế
của sinh viên. Tuy nhiên, các thiết kế này chưa trình bày được rõ ràng, cụ thể,
chi tiết. Thiết kế mới chỉ dừng lại ở mức thử nghiệm, không phù hợp cho sản
xuất số lượng lớn và đưa vào ứng dụng.

10


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Để giải quyết những vấn đề trên, luận văn sẽ thực hiện thiết kế mô đun
RF CC1101 với các tiêu chí sau:
- Mơ đun hoạt động ổn định, khoảng cách truyền nhận đạt 100m trong
trường hợp khơng có vật cản.
- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp, ghép nối vào hệ thống.
- Thuận tiện cho gia công, sản xuất số lượng lớn.
Sau phần thiết kế, đề tài sẽ trình bày một ứng dụng sử dụng mô đun RF
CC1101, cụ thể là ứng dụng trong trao đổi thông tin của hệ thống kiểm tra chất
lượng bộ lưu điện cửa cuốn của Công ty cổ phần công nghệ Thái Hưng Khang.
Phương pháp thiết kế: Kết hợp phân tích, tính tốn theo lý thuyết với mơ
phỏng, kiểm chứng chất lượng bằng phần mềm mô phỏng và đánh giá lại bằng
thực nghiệm.
Về bố cục, luận văn gồm 3 phần:
- Phần mở đầu: Trình bày lý do lựa chọn đề tài, lựa chọn giải pháp, mục
tiêu nghiên cứu và ý nghĩa thực tế của đề tài.
- Phần nội dung chính: bao gồm 2 chương
 Chương 1: Thiết kế mơ đun truyền thơng khơng dây hai chiều sử dụng
sóng RF tần số 433Mhz.

 Chương 2: Ứng dụng mô đun truyền thông RF trong trao đổi thông tin
của hệ thống kiểm tra chất lượng bộ lưu điện cửa cuốn.
- Phần kết luận: Trình bày những kết quả thực hiện của luận văn.

11


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Chương 1: Thiết kế mơ đun truyền thơng khơng dây hai chiều
sử dụng sóng RF tần số 433 Mhz
1.1. Tóm tắt lý thuyết sử dụng
1.1.1. Lý thuyết
1.1.1.1. Cơ bản về cao tần
- Đặc điểm đường truyền dẫn ở tần số thấp:
 Bước sóng lớn hơn nhiều lần so với chiều dài đường dây
 Công suất truyền đạt dễ dàng tính tốn theo dịng điện và điện áp
- Đặc điểm đường truyền dẫn ở tần số cao:
 Bước sóng bằng hoặc nhỏ hơn so với chiều dài đường dây
 Đặc tính đường truyền dẫn ảnh hưởng tới công suất truyền đạt
 Ở tần số cao, trở kháng đặc tính của đường truyền dẫn (Zo) là rất quan
trọng cho việc giảm công suất phản xạ và công suất truyền đạt là lớn nhất.
- Trở kháng đặc tính (Zo)
 Zo là hệ số tỉ lệ giữa sóng điện áp và sóng dịng điện
 Zo là hàm số vật lý phụ thuộc vào kích thước đường truyền và hằng số
điện môi Ɛ𝑟
 Zo thường là số thực (50Ω hoặc 75Ω)

12

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Hình 1.1: Trở kháng đặc tính của đường truyền dẫn

- Cơng suất truyền

Hình 1.2: Mơ hình truyền dẫn

 Mơ hình truyền dẫn được mơ tả trong hình 1.2, với 𝑉𝑠 là nguồn phát, 𝑍𝑠
là trở kháng nguồn phát, 𝑍𝐿 là trở kháng của tải.

13


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

 Nếu trở kháng nguồn và tải là số thực 𝑍𝑆 = 𝑅𝑆 và 𝑍𝐿 = 𝑅𝐿 , công suất
truyền từ nguồn tới tải đạt cực đại khi 𝑅𝑆 = 𝑅𝐿

Hình 1.3: Phối hợp trở kháng với trở kháng thực

 Trường hợp trở kháng nguồn và tải là số phức, công suất truyền từ nguồn
tới tải đạt cực đại mạch là phối hợp trở kháng 𝑍𝐿 = 𝑍𝑆 ∗

Hình 1.4: Phối hợp trở kháng với trở kháng phức

14

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

1.1.1.2. Các thơng số đánh giá ở tần số cao

Hình 1.5: Sơ đồ truyền dẫn ở tần số cao

- Ở tần số cao, công suất truyền từ nguồn (Incident) tới tải bị chia làm 2
phần:
 Phần phản xạ (Reflected): biểu diễn tổn thất trên đường truyền dẫn
 Phần truyền đạt tới tải (Transmited)
- Các thông số phần công suất phản xạ:
 Hệ số phản xạ:
𝛤 = 𝑆11 =

𝑉𝑟𝑒𝑓
𝑍𝐿 − 𝑍𝑂
=𝜌<𝜑=
𝑉𝑖𝑛𝑐
𝑍𝐿 + 𝑍𝑂

𝑑𝐵𝑆11 = 20log⁡(𝜌)
 Tỉ số sóng đứng:
𝑉𝑆𝑊𝑅 =

𝐸𝑚𝑎𝑥 1 + 𝜌
=
𝐸𝑚𝑖𝑛 1 − 𝜌

15

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

- Thơng số truyền sóng
 Hệ số truyền sóng:
𝑇 = 𝑆21 =

𝑉𝑡𝑟𝑎𝑛
=𝜏<𝜑
𝑉𝑖𝑛𝑐

 Gain:
𝑑𝐵𝑆21 = 20log⁡(𝜏)
1.1.1.3. Đường truyền dẫn mạch in
- Ở tần số cao, việc lựa chọn chất liệu mạch in, tính tốn trở kháng đặc tính
Zo của đường dây rất quan trọng trong việc thiết kế.
- Thông số mạch in cần chú ý:
TT

Thông số

Mô tả

1

Hằng số điện môi

Phụ thuộc vào vật liệu làm mạch in. Ví dụ
với

vật

liệu

là

FR4,

Ɛ𝑟 có giá trị từ 4.3 – 4.7
2

Độ dày

Với mạch in thông thường, chiều dày
mạch in là 0.6mm, 0.8mm, 1.6mm

3

Kích thước đường
dây

- Mạch in 2 lớp, đường mạch đơn, lớp dưới phủ đất

16


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

- Mạch in 2 lớp, 2 đường mạch song song, lớp dưới phủ đất

17


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

1.1.2. Cơng cụ sử dụng
- Cơng cụ tính tốn và mơ phỏng: phần mềm Advanced Design System
(ADS)
- Công cụ thiết kế mạch in: phần mềm Allegro
1.1.2.1. Phần mềm Advanced Design System (ADS)
- Advanced Design System là bộ phần mềm của hãng keysight. Đây là phần
mềm thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng RF và ứng dụng số tốc độ cao.
- Trong phạm vi luận văn, phần mềm ADS được dùng để tính tốn mạch
phối hợp trở kháng, mô phỏng mạch nguyên lý, mô phỏng mạch in.
- Giao diện phần mềm ADS, phiên bản 2013.06 như hình 1.6

Hình 1.6: Giao diện phần mềm ADS 2013.06

18


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

1.1.2.2. Phần mềm Allegro
- Allegro là sản phẩm của công ty Cadence, đây là phần mềm chuyên dụng
cho việc thiết kế mạch điện tử.
- Trong phạm vi luận văn, phần mềm Allegro được sử dụng cho việc thiết
kế mạch nguyên lý và thiết kế mạch in.
- Giao diện phần mềm Allegro phiên bản 16.6 như trong hình 1.7

Hình 1.7: Giao diện phần mềm Allegro 16.6

19


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

1.2. Thiết kế mạch nguyên lý
1.2.1. Cấu trúc IC CC1101
1.2.1.1. Mơ tả
- CC1101 là dịng IC thu phát giá thành thấp cho giải pháp RF dưới 1 Ghz
với các ứng dụng không dây yêu cầu năng lượng thấp của hãng Texas
Instrument.
- Tần số trung tâm là 315 Mhz, 433 Mhz, 868 Mhz và 915 Mhz. Tuy nhiên,
có thể dễ dàng lập trình tần số trong các dải tần 300 – 348 Mhz, 387 – 464 Mhz
và 779 – 928 Mhz.
- Tính năng thu phát 2 chiều được tích hợp với nhiều dạng điều chế khác
nhau, tốc độ dữ liệu có thể lên tới 600 kbps.
- Cấu trúc truyền nhận FIFO với độ dài dữ liệu lên tới 64 bytes, được truyền
thông qua giao diện SPI.
1.2.1.2. Đặc điểm
- Hiệu suất RF
 Độ nhạy cao
 Dòng tiêu thụ thấp
 Cơng suất đầu ra có thể lập trình được, lên tới +12dBm tại tất cả các tần
số
 Độ rộng dữ liệu: từ 0.6 đến 600 kbps
- Đặc điểm tương tự (analog)
 Kiểu điều chế tín hiệu: 2-FSK, 4-FSK, GFSK và MSK
 Hỗ trợ tính năng nhảy tần số bằng việc cài đặt nhanh chóng

- Đặc điểm số (digital)
20


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

 Linh hoạt với gói dữ liệu truyền nhận: việc phát hiện tín hiệu đồng bộ,
kiểm tra địa chỉ, chiều dài bản tin được thực hiện trên chíp. Chiều dài bản tin
có thể thay đổi linh hoạt, xử lý CRC tự động.
 Giao diện SPI
 Bộ lọc thơng dải tín hiệu có thể lập trình được
 Tích hợp nhiều thơng số đánh giá chất lượng tín hiệu truyền nhận: RSSI,
PQI, CCA, LQI…
- Năng lượng tiêu thụ thấp:
 Dòng tiêu thụ 200nA trong chế độ ngủ
 Thời gian đánh thức ngắn: 240us từ chế độ ngủ sang chế độ RX hoặc TX
 Dữ liệu truyền (TX) và nhận (RX) tách biệt trong 2 mảng riêng biệt (64
bytes FIFO)
1.2.1.3. Cấu trúc
- IC CC101 có 20 chân, được mơ tả như hình 1.8

Hình 1.8: Sơ đồ chân CC1101

21


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Bảng 1.1: Cấu trúc chân CC1101
Số chân

Tên chân

Kiểu chân

Mô tả

1

SCLK

Đầu vào số

- Chân clock, giao diện SPI

2

SO (GDO1)

Đầu ra số

- Chân dữ liệu ra, giao diện SPI

3

GDO2

Đầu ra số

- Đầu ra số, sử dụng cho:

 Kiểm tra tín hiệu
 Trạng thái dữ liệu FIFO
 Xóa kênh

4

DVDD

Nguồn (số)

- Nguồn cấp: 1.8 – 3.6 VDC

5

DCOUPL

Nguồn (số)

- Nguồn ra: 1.6 – 2.0 VDC

6

GDO0

Vào/ra số

- Đầu ra số, sử dụng cho:
 Kiểm tra tín hiệu

(ATEST)

 Trạng thái dữ liệu FIFO
 Xóa kênh
7

CSn

Vào số

- Chân lựa chọn chíp, giao diện
SPI

8

XOSC_Q1

Vào/ra tương tự - Chân dao động 1

9

AVDD

Nguồn (tương - Nguồn cấp: 1.8 – 3.6 VDC
tự)

10

XOSC_Q2

Vào/ra tương tự - Chân dao động 2

22


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

11

AVDD

Nguồn (tương - Nguồn cấp: 1.8 – 3.6 VDC
tự)

12

RF_P

Vào/ra RF

- Trong chế độ thu: cực (+) tín hiệu
RF vào LNA
- Trong chế độ phát: cực (+) tín
hiệu RF ra PA

13

RF_N

Vào/ra RF

- Trong chế độ thu: cực (-) tín hiệu
RF vào LNA
- Trong chế độ phát: cực (-) tín
hiệu RF ra PA

14

AVDD

Nguồn (tương - Nguồn cấp: 1.8 – 3.6 VDC
tự)

15

AVDD

Nguồn (tương - Nguồn cấp: 1.8 – 3.6 VDC
tự)

16

GND

Đất (tương tự)

- Đất

17

RBIAS

Vào/ra (tương - Điện trở cho dòng tham chiếu
tự)

18

DGUARD

Nguồn (số)

- Nguồn cấp

19

GND

Đất (số)

- Đất

20

SI

Vào (số)

- Chân dữ liệu vào, giao diện SPI

23

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

- Sơ đồ cấu trúc CC1101

Hình 1.9: Sơ đồ cấu trúc CC1101
 Tín hiệu RF thu được qua cổng RF (RF_P và RF_N) được khuếch đại
bởi bộ khuếch đại nhiễu thấp (LNA) và chuyển sang tín hiệu I và Q, đưa tới tần
số trung bình (IF). Tại đây tín hiệu I và Q được số hóa bởi khâu ADC. Việc tự
động điều chỉnh cực, lọc phần tín hiệu chất lượng tốt, phát hiện phần tín hiệu
đồng bộ, giải mã tín hiệu đều được thực hiện trên miền số.
 Phần phát tín hiệu RF của CC1101 được dựa trên việc tổng hợp trực tiếp
tần số RF. Tần số tổng hợp gồm 1 tín hiệu gốc và 1 tín hiệu được dịch pha 90°
để tạo ra các tín hiệu I và Q. Cơng suất phát tín hiệu thực hiện ở khâu PA. Tín
hiệu RF được phát ra qua cổng RF_P và RF_N. Giữa 2 chân này có 1 trở kháng
tùy thuộc vào tần số RF.
 Một nguồn dao động được nối vào 2 chân XOSC_Q1 và XOSC_Q2.
Nguồn dao động này tạo ra tần số tham chiếu cho các khối bên trong IC.
24


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

 Việc giao tiếp thơng tin được thực hiện qua giao diện nối tiếp chuẩn SPI
4 dây.
- Giao diện SPI

Hình 1.10: Giao diện SPI
 CC1101 được cấu hình qua một giao diện SPI 4 dây (SI, SO, SCLK và
CSn). Trong đó, CC1101 đóng vai trị là Slave. Giao diện SPI được sử dụng để

đọc và ghi dữ liệu các thanh ghi của CC1101.
 Chân CSn phải được giữ ở mức logic thấp trong toàn bộ quá trình trao
đổi dữ liệu. Nếu chân CSn ở mức logic cao trong khi đọc hoặc ghi dữ liệu, quá
trình trao đổi dữ liệu sẽ bị lỗi.
 Việc trao đổi dữ liệu bắt đầu khi chân CSn được kéo xuống mức logic
thấp, và vi điều khiển phải đợi tới khi chân SO của CC1101 có mức logic thấp
trước khi bắt đầu truyền hoặc nhận byte dữ liệu đầu tiên. Điều này đảm bảo
rằng xung dao đồng đồng bộ đã chạy ổn định. Tuy nhiên, ở trạng thái SLEEP
hoặc XOFF, chân SO của CC1101 sẽ luôn luôn ở mức logic thấp sau khi mức
logic ở chân CSn là thấp.

25