Hoe u uw eigen NRF24L01+pa+lna-module bouwt - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

De op Nrf24L01 gebaseerde module is erg populair geweest, omdat het eenvoudig te implementeren is in draadloze communicatieprojecten. De module is te vinden onder 1$ met een PCB-geprinte versie, of monopole antenne. Het probleem met deze goedkope modules is dat ze veel problemen hebben en gemakkelijk defect raken. Voornamelijk omdat het IC oorspronkelijk niet door Nordicsemi is gemaakt, maar ook vanwege de slechte printkwaliteit van de PCB's.

In dit artikel laat ik je zien hoe je je eigen op nrf24L01 gebaseerde module kunt bouwen en hoe je PA (Power Amplifier), LNA (Low Noise Amplifier) kunt toevoegen om het bereik en het uitgangsvermogen te vergroten.

Stap 1: Typisch toepassingscircuit

Hier is het typische circuit voor een op nrf24L01 gebaseerde module; deze wordt vaak gebruikt in commerciële modules op basis van deze chip. Het circuit bevat enkele ontkoppelcondensatoren die zijn aangesloten tussen VDD en aarde. 16 MHZ kristaloscillator wordt gebruikt en moet voldoen aan de specificaties in de datasheet. ANT1 en ANT2 leveren RF-uitgang naar de antenne, volgens datasheet wordt een belasting van 15ohm+j88ohm aanbevolen voor een maximaal uitgangsvermogen van 0dbm, een belastingsimpedantie van 50ohm kan worden verkregen door een passend netwerk aan te sluiten, ANT1 en ANT2 hebben een DC-pad naar VDD_PA (hierover later meer). Ten slotte verbindt een SMA-connector het circuit met een dipoolantenne.

Stap 2: Een front-endmodule toevoegen om het vermogen en het bereik te vergroten

De hierboven besproken schakeling heeft 4 niveaus van uitgangsvermogen: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm. Vermogensniveauregelingen hebben direct bereik, natuurlijk zijn er andere kenmerken die verband houden met de antenne (impedantie, vermogen, type …) en met de voortplantingsomgeving, maar laten we ons concentreren op de module zelf.

Om het uitgangsvermogen uit te breiden zou een front-end module kunnen worden gebruikt. Ik vond deze RFX2401C van Skyworks Solutions gewoon perfect; het is een 2,4 GHZ ZigBee/ISM front-end module, met 50 ohm ingangs- en uitgangspoorten, 25db kleine signaalversterking en 22dBm verzadigd uitgangsvermogen (al deze kenmerken zijn gerelateerd aan de verzendmodus). Skyworks biedt ook een evaluatiebord waarmee u gemakkelijk een prototype kunt maken met hun IC.

Deze module heeft een relatief eenvoudige besturingslogica (zie logicatabel). Om ontvangst te activeren (RX-modus), moet TXEN LAAG worden getrokken en RXEN HOOG en om verzending (TX-modus) te activeren, moet TXEN HOOG worden getrokken, de status van RXEN is niet belangrijk. Volgens nrf24L01 datasheet moet de CE-pin HOOG worden getrokken wanneer de transceiver naar de RX-modus moet gaan. Met behulp van een oscilloscoop heb ik de toestand van de VDD_PA-pin gemeten, het blijkt dat deze HOOG is wanneer de transceiver in de TX-modus staat en LAAG in de RX-modus. Op deze manier moet TXEN worden aangesloten op VDD_PA en RXEN op CE

Stap 3: Stuklijst

Deze tabel bevat de lijst met componenten die je nodig hebt om dit circuit te bouwen, ik heb ze besteld op:

Stap 4: Schema's

Dit is het typische circuit van onze zendontvanger met zijn RF-uitgang aangesloten op de front-endmodule; deze ontvangt commando's van VDD_PA en CE-pinnen, enkele ontkoppelingscondensatoren zijn toegevoegd. De uitgang is aangesloten op een discreet LC-filter met aan het uiteinde een SMA-connector.

Stap 5: Conclusie en verbeteringen

na het uitpakken van gerber-bestanden bestelde ik 10 pcb's en deed het solderen met behulp van een stencil en een reflow-station.

Het blijkt dat bij het maken van zo'n RF-schakeling rekening moet worden gehouden met eventuele elektromagnetische interferentie, vooral bij het uitvoeren van pcb-routering. Het wordt sterk aanbevolen om een niet-geventileerde afscherming te gebruiken en deze te verbinden met aarde, wat helpt om de capacitieve en magnetische koppeling tussen de module en zijn omgeving te verminderen.