智能家居系统网关无线收发模块电路设计

2017-08-18 75 0

家庭网关是嵌入式智能家居系统的核心部件,所设计的无线收发模块电路是家庭网关的一部分。由单片 RF 收发芯片 nRF0433 组成的无线收发模块电路工作在 433MHz ISM 频段,数据速率 9600bit/s,灵敏度高达 -105dBm,最大发射功率达 10mW,电源电压 2.15~5.15V,工作电流 31~47mA。

智能家居系统网关无线收发模块电路设计

天线输入/输出:当 nRF0433 处于接收模式时,ANT1(引脚 16)和 ANT2(引脚 15)引脚端提供射频输入到低噪声放大器 LNA;当 nRF0433 处于发射模式时,从功率放大器提供射频输出到天线。天线连接到 nRF0433 是差分形式,天线通道推荐的负载阻抗是 400Ω,在印制板(PCB)上采用差动回路天线,如应用电路印制板图所示。功率放大器输出级由差分结构的 2 个集电极开路晶体管组成,电源 VDD 到功率放大器必须通过集电极负载供电;当连接差动回路天线到 ANT1/ANT2 引脚端时,电源 VDD 将通过回路天线的中心供电。单端天线连接到 nRF0433 时,使用差分到单端匹配网络;单端天线也可以使用 8∶1 射频变压器连接到 nRF0433,工作在 433MHz,射频变压器的原边必须有一个中心抽头,用于电源 VDD 供电。

连接在 RF-PWR(引脚 11)端和 +5V 之间的电阻 R3 设置输出功率,射频输出功率可以设置到 +10dBm;输出功率、芯片消耗电流与电阻 R3 的关系(负载阻抗 400Ω)见相关图表。引脚 FILT(引脚 4)和 FILT2(引脚 3)外接 PLL 回路滤波器,该滤波器是外接的单端 2 阶滤波器。对于 VCO 电路,外接 22nH(433MHz)电感在 VCO1(引脚 5)和 VCO2(引脚 6)引脚端之间是必须的,电感使用高质量的片式电感,最大误差 ±3%。

晶体振荡器需要通过引脚 XC1(引脚 1)和 XC2(引脚 20)外接晶振,晶振的特性要求是:并联谐振频率 f=4MHz,并联等效电容 Co=5pF,晶振等效串联电阻 R=150Ω,全部负载电容(包括印制板电容)CL=14pF。nRF0433 也可以使用微控制器的晶体振荡器。

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