Com construir el vostre propi mòdul NRF24L01 + pa + lna: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

El mòdul basat en Nrf24L01 ha estat molt popular, ja que és fàcil d’implementar en projectes de comunicació sense fils. El mòdul es pot trobar a menys de 1 $ amb una versió impresa de PCB o una antena monopolar. El problema d’aquests mòduls econòmics és que tenen molts problemes i es poden defectuar fàcilment. Principalment perquè l’IC no el fabricava originalment Nordicsemi, sinó també per la baixa qualitat d’impressió dels PCB.

Al llarg d’aquest article us mostraré com construir el vostre propi mòdul basat en nrf24L01 i com afegir PA (amplificador de potència), LNA (amplificador de baix soroll) per ampliar el rang i la potència de sortida.

Pas 1: Circuit d'aplicació típic

Aquí teniu el circuit típic per a un mòdul basat en nrf24L01; aquest s'utilitza habitualment en mòduls comercials basats en aquest xip. El circuit conté alguns condensadors de desacoblament connectats entre VDD i terra. S'utilitza un oscil·lador de cristall de 16 MHZ i ha de complir les especificacions que es troben a la fitxa tècnica. ANT1 i ANT2 proporcionen sortida de RF a l'antena, segons la fitxa tècnica es recomana una càrrega de 15ohm + j88ohm per a una potència de sortida màxima de 0 dbm, es pot obtenir una impedància de càrrega de 50ohm encaixant una xarxa coincident, ANT1 i ANT2 tenen un camí de corrent continu a VDD_PA (més informació sobre això més endavant). Finalment, un connector SMA connecta el circuit a una antena dipolar.

Pas 2: afegir un mòdul frontal per augmentar la potència i el rang

El circuit comentat anteriorment té 4 nivells de potència de sortida: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm. Els controls de nivell de potència varien directament, és clar que hi ha altres característiques relacionades amb l’antena (impedància, velocitat de potència, tipus …) i amb l’entorn de propagació, però centrem-nos en el mòdul mateix.

Per ampliar la potència de sortida es podria utilitzar un mòdul frontal. He trobat aquest RFX2401C de Skyworks Solutions perfecte; és un mòdul frontal ZigBee / ISM de 2,4 GHZ, amb ports d’entrada i sortida de 50ohm, 25db de guany de senyal petit i 22dBm de potència de sortida saturada (totes aquestes característiques estan relacionades amb el mode de transmissió). Skyworks també ofereix un tauler d’avaluació que ajuda a prototipar fàcilment amb el seu CI.

Aquest mòdul té una lògica de control relativament senzilla (vegeu la taula lògica). Per activar la recepció (mode RX), s’ha de treure TXEN BAIX i treure RXEN HIGH i activar la transmissió (mode TX) TXEN treure HIGH l’estat de RXEN no és important. Segons el full de dades nrf24L01, el pin CE s'ha de treure ALTA sempre que el transceptor hagi d'entrar en mode RX. Mitjançant un oscil·loscopi he mesurat l’estat del pin VDD_PA, resulta que és ALT sempre que el transceptor es troba en mode TX i BAIX en mode RX. D'aquesta manera, TXEN s'hauria de connectar a VDD_PA i RXEN a CE

Pas 3: llista de materials

Aquesta taula conté la llista de components necessaris per construir aquest circuit, els he ordenat a:

Pas 4: Esquemes

Aquest és el circuit típic del nostre transceptor amb la seva sortida de RF connectada al mòdul frontal; aquest rep ordres dels pins VDD_PA i CE, on s’afegeixen alguns condensadors de desacoblament. La sortida està connectada a un filtre LC discret amb un connector SMA al final.

Pas 5: Conclusió i millores

després d’extreure fitxers gerber, vaig demanar 10 pcb i vaig fer soldadures amb una estació de plantilla i reflow.

Resulta que fer un circuit de RF d’aquest tipus requereix tenir en compte qualsevol possible interferència electromagnètica, especialment quan es realitza l’enrutament de PCB. Es recomana un blindatge sense ventilació i connectar-lo a terra, cosa que ajuda a reduir l'acoblament magnètic i capacitiu entre el mòdul i el seu entorn.