Как создать свой собственный модуль NRF24L01 + pa + lna: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Модуль на базе Nrf24L01 был очень популярен, потому что его легко внедрить в проекты беспроводной связи. Модуль можно найти менее чем за 1 доллар с печатной версией печатной платы или монопольной антенной. Проблема с этими дешевыми модулями заключается в том, что они имеют много проблем и легко выходят из строя. В основном потому, что микросхема изначально не производилась Nordicsemi, а также из-за низкого качества печати печатных плат.

В этой статье я покажу вам, как создать свой собственный модуль на базе nrf24L01 и как добавить PA (усилитель мощности), LNA (малошумящий усилитель) для увеличения диапазона и выходной мощности.

Шаг 1: Типовая схема приложения

Вот типовая схема для модуля на базе nrf24L01; он обычно используется в коммерческих модулях на основе этого чипа. Схема содержит несколько развязывающих конденсаторов, подключенных между VDD и землей. Используется кварцевый генератор 16 МГц, который должен соответствовать спецификациям, указанным в техническом описании. ANT1 и ANT2 обеспечивают РЧ-выход на антенну, в соответствии с таблицей данных рекомендуется нагрузка 15 Ом + j88 Ом для максимальной выходной мощности 0 дБм, сопротивление нагрузки 50 Ом может быть получено путем установки согласующей сети, ANT1 и ANT2 имеют путь постоянного тока к VDD_PA. (об этом позже). Наконец, разъем SMA соединяет схему с дипольной антенной.

Шаг 2. Добавление внешнего модуля для увеличения мощности и дальности действия

Обсуждаемая выше схема имеет 4 уровня выходной мощности: 0 дБм, -6 дБм, -12 дБм, -18 дБм. Уровень мощности контролирует непосредственно диапазон, конечно, есть и другие характеристики, связанные с антенной (импеданс, мощность, тип…) и средой распространения, но давайте сосредоточимся на самом модуле.

Для увеличения выходной мощности можно использовать внешний модуль. Я нашел этот RFX2401C от Skyworks Solutions просто идеальным; это интерфейсный модуль ZigBee / ISM с частотой 2,4 ГГц, с портами входа и выхода 50 Ом, коэффициентом усиления малого сигнала 25 дБ и выходной мощностью в насыщенном режиме 22 дБм (все эти характеристики относятся к режиму передачи). Skyworks предлагает также оценочную плату, которая помогает легко создавать прототипы с их ИС.

Этот модуль имеет относительно простую логику управления (см. Таблицу логики). Чтобы активировать прием (режим RX), TXEN нужно подтянуть НИЗКОЕ, а RXEN - ВЫСОКОЕ, а для активации передачи (режим TX) TXEN подтянуть ВЫСОКОЕ состояние RXEN не важно. В соответствии с таблицей данных nrf24L01, вывод CE должен быть ВЫСОКО, когда трансивер должен войти в режим приема. С помощью осциллографа я измерил состояние вывода VDD_PA, и оказалось, что оно ВЫСОКОЕ, когда приемопередатчик находится в режиме передачи, и НИЗКОЕ в режиме приема. Таким образом, TXEN должен быть подключен к VDD_PA, а RXEN - к CE.

Шаг 3: Спецификация материалов

В этой таблице содержится список компонентов, необходимых для сборки этой схемы, я заказал их по адресу:

Шаг 4: Схема

Это типичная схема нашего трансивера с его выходом RF, подключенным к входному модулю; он получает команды от выводов VDD_PA и CE, где добавлены некоторые развязывающие конденсаторы. Выход подключен к дискретному LC-фильтру с разъемом SMA на конце.

Шаг 5: Заключение и улучшения

После извлечения файлов gerber я заказал 10 печатных плат и выполнил пайку по трафарету и станции оплавления.

Оказывается, создание такой ВЧ-цепи требует учета любых возможных электромагнитных помех, особенно при выполнении разводки печатных плат. Настоятельно рекомендуется использовать экран без вентиляции и подключить его к земле, что помогает уменьшить емкостную и магнитную связь между модулем и окружающей средой.