วิธีสร้างโมดูล NRF24L01+pa+lna ของคุณเอง: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

โมดูลที่ใช้ Nrf24L01 ได้รับความนิยมอย่างมาก เนื่องจากง่ายต่อการใช้งานในโครงการสื่อสารไร้สาย โมดูลสามารถพบได้ภายใต้ 1$ กับเวอร์ชันพิมพ์ PCB หรือเสาอากาศแบบโมโนโพล ปัญหาของโมดูลราคาถูกเหล่านี้คือมีปัญหามากมายและเกิดข้อบกพร่องได้ง่าย ส่วนใหญ่เป็นเพราะ IC ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดย Nordicsemi แต่เดิม แต่เนื่องจากคุณภาพการพิมพ์ของ PCB ไม่ดี

ตลอดบทความนี้ ผมจะแสดงวิธีสร้างโมดูลที่ใช้ nrf24L01 ของคุณเอง และวิธีเพิ่ม PA (เครื่องขยายกำลังเสียง), LNA (เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ) เพื่อขยายช่วงและกำลังขับ

ขั้นตอนที่ 1: วงจรแอปพลิเคชันทั่วไป

นี่คือวงจรทั่วไปสำหรับโมดูลที่ใช้ nrf24L01; สิ่งนี้มักใช้ในโมดูลเชิงพาณิชย์โดยใช้ชิปนี้ วงจรประกอบด้วยตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเชื่อมต่อระหว่าง VDD กับกราวด์ ใช้คริสตัลออสซิลเลเตอร์ 16 MHZ และต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่พบในแผ่นข้อมูล ANT1 และ ANT2 ให้เอาต์พุต RF ไปยังเสาอากาศ ตามเอกสารข้อมูล แนะนำให้ใช้โหลด 15ohm+j88ohm สำหรับกำลังขับสูงสุดที่ 0dbm สามารถรับอิมพีแดนซ์โหลด 50ohm ได้โดยการติดตั้งเครือข่ายที่ตรงกัน ANT1 และ ANT2 มีพาธ DC ไปยัง VDD_PA (เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง) ในที่สุดตัวเชื่อมต่อ SMA จะเชื่อมต่อวงจรกับเสาอากาศไดโพล

ขั้นตอนที่ 2: การเพิ่มโมดูลส่วนหน้าเพื่อเพิ่มกำลังและช่วง

วงจรที่กล่าวถึงข้างต้นมีกำลังขับ 4 ระดับ: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm ระดับพลังงานควบคุมช่วงโดยตรง แน่นอนว่ามีคุณลักษณะอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับเสาอากาศ (อิมพีแดนซ์ อัตรากำลัง ประเภท …) และสภาพแวดล้อมในการแพร่กระจาย แต่มาเน้นที่ตัวโมดูลกันก่อน

สามารถใช้โมดูลส่วนหน้าเพื่อขยายกำลังขับ ฉันพบว่า RFX2401C จาก Skyworks Solutions นั้นสมบูรณ์แบบ เป็นโมดูลส่วนหน้า ZigBee / ISM 2.4GHZ พร้อมพอร์ตอินพุตและเอาต์พุต 50ohm, เกนสัญญาณขนาดเล็ก 25db และกำลังเอาต์พุตอิ่มตัว 22dBm (คุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้เกี่ยวข้องกับโหมดการส่งสัญญาณ) Skyworks ยังมีบอร์ดประเมินผลซึ่งช่วยสร้างต้นแบบอย่างง่ายดายด้วย IC ของพวกเขา

โมดูลนี้มีตรรกะการควบคุมที่ค่อนข้างง่าย (ดูตารางตรรกะ) เพื่อเปิดใช้งานการรับ (โหมด RX) TXEN ควรดึง LOW และ RXEN ดึง HIGH และเพื่อเปิดใช้งานการส่งสัญญาณ (โหมด TX) TXEN ดึง HIGH สถานะของ RXEN ไม่สำคัญ ตามเอกสารข้อมูล nrf24L01 พิน CE จะต้องดึง HIGH ทุกครั้งที่ตัวรับส่งสัญญาณต้องเข้าสู่โหมด RX ฉันใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อวัดสถานะของพิน VDD_PA ปรากฎว่าสูงเมื่อใดก็ตามที่ตัวรับส่งสัญญาณอยู่ในโหมด TX และ LOW ในโหมด RX วิธีนี้ TXEN ควรเชื่อมต่อกับ VDD_PA และ RXEN กับ CE

ขั้นตอนที่ 3: รายการวัสดุ

ตารางนี้มีรายการส่วนประกอบที่คุณต้องการสร้างวงจรนี้ ฉันได้สั่งซื้อไว้ที่:

ขั้นตอนที่ 4: แผนผัง

นี่คือวงจรทั่วไปของตัวรับส่งสัญญาณของเราที่มีเอาต์พุต RF ที่เชื่อมต่อกับโมดูลส่วนหน้า อันนี้รับคำสั่งจากพิน VDD_PA และ CE ซึ่งเป็นตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเมื่อเพิ่มเข้ามา เอาต์พุตเชื่อมต่อกับฟิลเตอร์ LC แบบแยกพร้อมขั้วต่อ SMA ที่ส่วนท้าย

ขั้นตอนที่ 5: บทสรุปและการปรับปรุง

หลังจากแตกไฟล์ gerber ฉันสั่ง 10 pcb และทำการบัดกรีโดยใช้ลายฉลุและสถานี reflow

ปรากฎว่าการสร้างวงจร RF ดังกล่าวจำเป็นต้องมีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดำเนินการกำหนดเส้นทาง pcb ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ใช้โล่ที่ไม่มีช่องระบายอากาศและเชื่อมต่อกับกราวด์ ซึ่งช่วยลดการเชื่อมต่อแบบ capacitive และแม่เหล็กระหว่างโมดูลกับสภาพแวดล้อม