Come costruire il tuo modulo NRF24L01+pa+lna: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Il modulo basato su Nrf24L01 è stato molto popolare, perché è facile da implementare in progetti di comunicazione wireless. Il modulo può essere trovato a meno di 1$ con una versione stampata su PCB o un'antenna unipolare. Il problema con questi moduli economici è che hanno molti problemi e diventano facilmente difettosi. Principalmente perché l'IC non è originariamente prodotto da Nordicsemi, ma anche per la scarsa qualità di stampa dei PCB.

In questo articolo ti mostrerò come costruire il tuo modulo basato su nrf24L01 e come aggiungere PA (amplificatore di potenza), LNA (amplificatore a basso rumore) per estendere la gamma e la potenza di uscita.

Passaggio 1: circuito di applicazione tipico

Ecco il circuito tipico per un modulo basato su nrf24L01; questo è comunemente usato nei moduli commerciali basati su questo chip. Il circuito contiene dei condensatori di disaccoppiamento collegati tra VDD e massa. Viene utilizzato un oscillatore a cristallo da 16 MHZ che deve soddisfare le specifiche riportate nella scheda tecnica. ANT1 e ANT2 forniscono un'uscita RF all'antenna, secondo la scheda tecnica si consiglia un carico di 15ohm+j88ohm per una potenza di uscita massima di 0dbm, un'impedenza di carico di 50ohm può essere ottenuta montando una rete corrispondente, ANT1 e ANT2 hanno un percorso CC a VDD_PA (ne parleremo più avanti). Infine un connettore SMA collega il circuito ad un'antenna a dipolo.

Passaggio 2: aggiunta di un modulo front-end per aumentare potenza e portata

Il circuito discusso sopra ha 4 livelli di potenza di uscita: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm. Il livello di potenza controlla direttamente la portata, ovviamente ci sono altre caratteristiche legate all'antenna (impedenza, potenza, tipo…) e all'ambiente di propagazione, ma concentriamoci sul modulo stesso.

Per estendere la potenza di uscita è possibile utilizzare un modulo front-end. Ho trovato questo RFX2401C di Skyworks Solutions semplicemente perfetto; è un modulo front-end ZigBee/ISM da 2,4 GHz, con porte di ingresso e uscita da 50 ohm, 25 dB di guadagno di segnale ridotto e 22 dB m di potenza di uscita saturata (tutte queste caratteristiche sono legate alla modalità di trasmissione). Skyworks offre anche una scheda di valutazione che aiuta a prototipare facilmente con il proprio IC.

Questo modulo ha una logica di controllo relativamente semplice (vedi tabella logica). Per attivare la ricezione (modalità RX), TXEN deve essere tirato LOW e RXEN tirato HIGH e per attivare la trasmissione (modalità TX) TXEN tirato HIGH lo stato di RXEN non è importante. Secondo la scheda tecnica nrf24L01, il pin CE deve essere tirato ALTO ogni volta che il ricetrasmettitore deve entrare in modalità RX. Utilizzando un oscilloscopio ho misurato lo stato del pin VDD_PA, risulta che è ALTO ogni volta che il ricetrasmettitore è in modalità TX e BASSO in modalità RX. In questo modo TXEN dovrebbe essere collegato a VDD_PA e RXEN a CE

Passaggio 3: Distinta base

Questa tabella contiene l'elenco dei componenti necessari per costruire questo circuito, li ho ordinati su:

Fase 4: Schemi

Questo è il tipico circuito del nostro ricetrasmettitore con la sua uscita RF collegata al modulo front end; questo riceve comandi dai pin VDD_PA e CE, alcuni condensatori di disaccoppiamento sono stati aggiunti. L'uscita è collegata a un filtro LC discreto con un connettore SMA all'estremità.

Passaggio 5: conclusione e miglioramenti

dopo aver estratto i file gerber ho ordinato 10 pcb e ho saldato usando uno stencil e una stazione di riflusso.

Si scopre che la realizzazione di un tale circuito RF richiede di prendere in considerazione ogni possibile interferenza elettromagnetica, specialmente quando si esegue il routing del PCB. Si consiglia vivamente uno schermo non ventilato e collegarlo a terra, che aiuta a ridurre l'accoppiamento capacitivo e magnetico tra il modulo e il suo ambiente.