Jak zbudować własny moduł NRF24L01+pa+lna: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Moduł oparty na Nrf24L01 cieszy się dużą popularnością, ponieważ jest łatwy do wdrożenia w projektach komunikacji bezprzewodowej. Moduł można znaleźć poniżej 1 $ z wersją drukowaną na płytce drukowanej lub anteną monopolową. Problem z tymi tanimi modułami polega na tym, że mają wiele problemów i łatwo ulegają uszkodzeniu. Głównie dlatego, że układ scalony nie został pierwotnie wyprodukowany przez Nordicsemi, ale także ze względu na słabą jakość druku PCB.

W tym artykule pokażę, jak zbudować własny moduł oparty na nrf24L01 i jak dodać PA (wzmacniacz mocy), LNA (wzmacniacz niskoszumowy), aby zwiększyć zasięg i moc wyjściową.

Krok 1: Typowy obwód aplikacji

Oto typowy obwód modułu opartego na nrf24L01; ten jest powszechnie używany w komercyjnych modułach opartych na tym chipie. Obwód zawiera kilka kondensatorów odsprzęgających podłączonych między VDD a masą. Używany jest oscylator kwarcowy 16 MHz, który musi spełniać specyfikacje podane w arkuszu danych. ANT1 i ANT2 zapewniają wyjście RF do anteny, zgodnie z arkuszem danych zalecane jest obciążenie 15 omów + j88 omów dla maksymalnej mocy wyjściowej 0 dbm, impedancja obciążenia 50 omów może być uzyskana przez dopasowanie pasującej sieci, ANT1 i ANT2 mają ścieżkę DC do VDD_PA (więcej o tym później). Wreszcie złącze SMA łączy obwód z anteną dipolową.

Krok 2: Dodanie modułu front-end w celu zwiększenia mocy i zasięgu

Omawiany powyżej obwód ma 4 poziomy mocy wyjściowej: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm. Poziom mocy kontroluje bezpośrednio zakres, oczywiście są inne cechy związane z anteną (impedancja, moc, typ…) i środowiskiem propagacji, ale skupmy się na samym module.

Aby zwiększyć moc wyjściową, można zastosować moduł front-end. Uważam, że ten RFX2401C od Skyworks Solutions jest po prostu idealny; jest to moduł front-end 2,4 GHz ZigBee/ISM, z portami wejściowymi i wyjściowymi 50 omów, 25 dB małego wzmocnienia sygnału i 22 dBm nasyconej mocy wyjściowej (wszystkie te cechy są związane z trybem transmisji). Skyworks oferuje również płytkę ewaluacyjną, która pomaga w łatwym prototypowaniu z ich układem scalonym.

Moduł ten ma stosunkowo prostą logikę sterowania (patrz tabela logiki). Aby aktywować odbiór (tryb RX), TXEN należy przeciągnąć na LOW, a RXEN przeciągnąć na WYSOKI, a aby aktywować transmisję (tryb TX) TXEN przeciągnąć na WYSOKI stan RXEN nie jest ważny. Zgodnie z kartą katalogową nrf24L01 pin CE musi być wyciągnięty w stan WYSOKI za każdym razem, gdy transceiver ma wejść w tryb RX. Za pomocą oscyloskopu zmierzyłem stan pinu VDD_PA, okazuje się, że jest on WYSOKI zawsze, gdy Transceiver jest w trybie TX, a NISKI w trybie RX. W ten sposób TXEN należy podłączyć do VDD_PA, a RXEN do CE

Krok 3: Zestawienie materiałów

Ta tabela zawiera listę komponentów potrzebnych do zbudowania tego układu, zamówiłem je pod adresem:

Krok 4: Schematy

Jest to typowy obwód naszego transceivera z wyjściem RF podłączonym do modułu przedniego końca; ten odbiera polecenia z pinów VDD_PA i CE, dodano kilka kondensatorów odsprzęgających. Wyjście jest połączone z dyskretnym filtrem LC ze złączem SMA na końcu.

Krok 5: Wnioski i ulepszenia

po rozpakowaniu plików gerber zamówiłem 10 pcb i wykonałem lutowanie za pomocą szablonu i stacji rozpływowej.

Okazuje się, że wykonanie takiego obwodu RF wymaga uwzględnienia ewentualnych zakłóceń elektromagnetycznych, zwłaszcza przy wykonywaniu routingu PCB. Zdecydowanie zaleca się stosowanie niewentylowanego ekranu i podłączenie go do uziemienia, co pomaga zredukować sprzężenie pojemnościowe i magnetyczne między modułem a jego otoczeniem.