چگونه ماژول NRF24L01+pa+lna خود را بسازید: 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

ماژول مبتنی بر Nrf24L01 بسیار محبوب بوده است ، زیرا پیاده سازی آن در پروژه های ارتباطی بی سیم آسان است. ماژول را می توان با نسخه چاپی PCB یا آنتن تک قطبی زیر 1 دلار یافت. مشکل این ماژول های ارزان قیمت این است که مشکلات زیادی دارند و به راحتی معیوب می شوند. عمدتا به این دلیل که IC در اصل توسط Nordicsemi ساخته نشده است ، بلکه به دلیل کیفیت پایین چاپ PCB ها است.

در طول این مقاله به شما نشان خواهم داد که چگونه ماژول خود را بر اساس nrf24L01 بسازید و چگونه PA (تقویت کننده قدرت) ، LNA (تقویت کننده کم سر و صدا) را برای افزایش برد و توان خروجی اضافه کنید.

مرحله 1: مدار کاربردی معمولی

در اینجا مدار معمولی برای یک ماژول مبتنی بر nrf24L01 آمده است. این یکی معمولاً در ماژول های تجاری مبتنی بر این تراشه استفاده می شود. این مدار شامل برخی از خازن های جداسازی بین VDD و زمین است. نوسان ساز کریستالی 16 MHZ استفاده می شود و باید مشخصات موجود در برگه داده را برآورده کند. ANT1 و ANT2 خروجی RF را به آنتن ارائه می دهند ، با توجه به برگه داده ، بار حداکثر 15ohm+j88ohm برای حداکثر توان خروجی 0dbm توصیه می شود ، امپدانس بار 50 اهم را می توان با نصب شبکه منطبق بدست آورد ، ANT1 و ANT2 دارای مسیر DC به VDD_PA (بعداً در این باره بیشتر). در نهایت یک اتصال SMA مدار را به آنتن دوقطبی متصل می کند.

مرحله 2: افزودن یک ماژول Front End برای افزایش قدرت و محدوده

مدار مورد بحث در بالا دارای 4 سطح قدرت خروجی است: 0dBm ، -6dBm ، -12dBm ، -18dBm. محدوده توان مستقیماً محدوده را کنترل می کند ، البته ویژگی های دیگری نیز مربوط به آنتن (امپدانس ، میزان توان ، نوع …) و محیط انتشار است ، اما بگذارید روی خود ماژول تمرکز کنیم.

برای افزایش توان خروجی از یک ماژول جلویی می توان استفاده کرد. من این RFX2401C را از Skyworks Solutions کاملاً مناسب دیدم. این یک ماژول 2.4GHZ ZigBee/ISM است که دارای پورتهای ورودی و خروجی 50 اهم ، 25db افزایش سیگنال کوچک و 22dBm توان خروجی اشباع شده است (همه این ویژگیها به حالت انتقال مربوط می شوند). Skyworks همچنین یک تابلوی ارزیابی ارائه می دهد که به نمونه اولیه با IC آنها کمک می کند.

این ماژول دارای منطق کنترل نسبتاً ساده ای است (جدول منطق را ببینید). برای فعال کردن دریافت (حالت RX) ، TXEN باید LOW و RXEN HIGH و برای فعال کردن انتقال (حالت TX) TXEN بالا کشیده شود وضعیت RXEN مهم نیست. طبق برگه داده nrf24L01 ، پین CE باید هر زمان که گیرنده گیرنده باید وارد حالت RX شود ، بالا کشیده شود. با استفاده از یک اسیلوسکوپ وضعیت پین VDD_PA را اندازه گیری کرده ام ، مشخص می شود که هر زمان که فرستنده گیرنده در حالت TX و LOW در حالت RX باشد ، بسیار بالا است. به این ترتیب TXEN باید به VDD_PA و RXEN به CE متصل شود

مرحله 3: صورتحساب مواد

این جدول شامل لیستی از اجزای سازنده مورد نیاز برای ساخت این مدار است ، من آنها را در آدرس زیر سفارش داده ام:

مرحله 4: شماتیک

این مدار معمولی فرستنده و گیرنده ماست که خروجی RF آن به ماژول جلویی متصل است. این دستورات را از پین های VDD_PA و CE دریافت می کند ، برخی از خازن های جدا کننده در آنجا اضافه می شوند. خروجی به یک فیلتر LC گسسته با اتصال SMA در انتها متصل است.

مرحله 5: نتیجه گیری و بهبود

پس از استخراج فایل های gerber ، 10 عدد pcb سفارش دادم و لحیم کاری را با استفاده از stencil و reflow station انجام دادم.

به نظر می رسد که ایجاد چنین مدار RF مستلزم در نظر گرفتن هرگونه تداخل الکترومغناطیسی احتمالی است ، به ویژه هنگام انجام مسیریابی pcb. اکیداً توصیه می شود یک سپر بدون تهویه و اتصال آن به زمین ، که به کاهش اتصال خازنی و مغناطیسی بین ماژول و محیط آن کمک می کند.