So bauen Sie Ihr eigenes NRF24L01+pa+lna-Modul – wikiHow

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Das auf Nrf24L01 basierende Modul ist sehr beliebt, da es einfach in drahtlose Kommunikationsprojekte zu implementieren ist. Das Modul könnte mit einer gedruckten PCB-Version oder einer Monopol-Antenne unter 1 $ gefunden werden. Das Problem mit diesen billigen Modulen ist, dass sie viele Probleme haben und leicht defekt werden. Vor allem, weil der IC nicht ursprünglich von Nordicsemi stammt, aber auch wegen der schlechten Druckqualität der Leiterplatten.

In diesem Artikel zeige ich Ihnen, wie Sie Ihr eigenes nrf24L01-basiertes Modul bauen und wie Sie PA (Leistungsverstärker), LNA (Low Noise Amplifier) hinzufügen, um Reichweite und Ausgangsleistung zu erweitern.

Schritt 1: Typische Anwendungsschaltung

Hier ist die typische Schaltung für ein nrf24L01-basiertes Modul; dieser wird häufig in kommerziellen Modulen verwendet, die auf diesem Chip basieren. Die Schaltung enthält einige Entkopplungskondensatoren, die zwischen VDD und Masse geschaltet sind. Es wird ein 16-MHz-Quarzoszillator verwendet, der die im Datenblatt angegebenen Spezifikationen erfüllen muss. ANT1 und ANT2 liefern HF-Ausgang an die Antenne, laut Datenblatt wird eine Last von 15 Ohm + j88 Ohm für eine maximale Ausgangsleistung von 0 dBm empfohlen, eine Lastimpedanz von 50 Ohm kann durch Anbringen eines Anpassungsnetzwerks erreicht werden, ANT1 und ANT2 haben einen DC-Pfad zu VDD_PA (dazu später mehr). Schließlich verbindet ein SMA-Stecker die Schaltung mit einer Dipolantenne.

Schritt 2: Hinzufügen eines Front-End-Moduls zur Erhöhung der Leistung und Reichweite

Die oben besprochene Schaltung hat 4 Ausgangsleistungsstufen: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm. Leistungspegelregler direkt im Bereich, natürlich gibt es andere Eigenschaften in Bezug auf die Antenne (Impedanz, Leistungsrate, Typ …) und auf die Ausbreitungsumgebung, aber konzentrieren wir uns auf das Modul selbst.

Um die Ausgangsleistung zu erweitern, könnte ein Front-End-Modul verwendet werden. Ich fand diesen RFX2401C von Skyworks Solutions einfach perfekt; Es handelt sich um ein 2,4 GHz ZigBee/ISM-Front-End-Modul mit 50 Ohm Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, 25 dB Kleinsignalverstärkung und 22 dBm gesättigter Ausgangsleistung (Alle diese Eigenschaften beziehen sich auf den Sendemodus). Skyworks bietet auch ein Evaluierungsboard an, das hilft, problemlos Prototypen mit ihrem IC zu erstellen.

Dieses Modul hat eine relativ einfache Steuerlogik (Siehe Logiktabelle). Um den Empfang zu aktivieren (RX-Modus), sollte TXEN auf LOW und RXEN auf HIGH gezogen werden und um das Senden zu aktivieren (TX-Modus) TXEN auf HIGH gezogen werden, ist der Zustand von RXEN nicht wichtig. Laut nrf24L01 Datenblatt muss der CE-Pin immer auf HIGH gezogen werden, wenn der Transceiver in den RX-Modus wechseln muss. Mit einem Oszilloskop habe ich den Zustand des VDD_PA-Pins gemessen. Es stellt sich heraus, dass er HIGH ist, wenn sich der Transceiver im TX-Modus befindet, und LOW im RX-Modus. Auf diese Weise sollte TXEN mit VDD_PA und RXEN mit CE verbunden werden

Schritt 3: Stückliste

Diese Tabelle enthält die Liste der Komponenten, die Sie zum Bau dieser Schaltung benötigen. Ich habe sie bestellt unter:

Schritt 4: Schaltpläne

Dies ist die typische Schaltung unseres Transceivers mit seinem HF-Ausgang, der mit dem Front-End-Modul verbunden ist; dieser empfängt Befehle von VDD_PA- und CE-Pins, einige Entkopplungskondensatoren wurden hinzugefügt. Der Ausgang ist mit einem diskreten LC-Filter mit einem SMA-Stecker am Ende verbunden.

Schritt 5: Fazit und Verbesserungen

Nach dem Extrahieren von Gerber-Dateien bestellte ich 10 Leiterplatten und lötete mit einer Schablone und einer Reflow-Station.

Es stellt sich heraus, dass bei der Herstellung einer solchen HF-Schaltung alle möglichen elektromagnetischen Störungen berücksichtigt werden müssen, insbesondere beim Durchführen von Leiterplatten-Routing. Es wird dringend empfohlen, eine nicht belüftete Abschirmung zu verwenden und diese mit Erde zu verbinden, um die kapazitive und magnetische Kopplung zwischen dem Modul und seiner Umgebung zu reduzieren.