Como construir seu próprio módulo NRF24L01 + pa + lna: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O módulo baseado em Nrf24L01 é muito popular, porque é fácil de implementar em projetos de comunicação sem fio. O módulo pode ser encontrado por menos de 1 $ com uma versão impressa de PCB, ou antena monopolo. O problema com esses módulos baratos é que eles têm muitos problemas e se tornam facilmente defeituosos. Principalmente porque o IC não é originalmente feito pela Nordicsemi, mas também por causa da baixa qualidade de impressão dos PCBs.

Ao longo deste artigo, mostrarei como construir seu próprio módulo baseado em nrf24L01 e como adicionar PA (amplificador de potência), LNA (amplificador de baixo ruído) para estender o alcance e a potência de saída.

Etapa 1: Circuito de aplicação típico

Aqui está o circuito típico para um módulo baseado em nrf24L01; este é comumente usado em módulos comerciais baseados neste chip. O circuito contém alguns capacitores de desacoplamento conectados entre o VDD e o aterramento. O oscilador de cristal de 16 MHZ é usado e deve atender às especificações encontradas na folha de dados. ANT1 e ANT2 fornecem saída RF para a antena, de acordo com a ficha técnica, uma carga de 15 ohm + j88ohm é recomendada para uma potência de saída máxima de 0dbm, uma impedância de carga de 50 ohm pode ser obtida ajustando uma rede correspondente, ANT1 e ANT2 têm um caminho DC para VDD_PA (mais sobre isso mais tarde). Finalmente, um conector SMA conecta o circuito a uma antena dipolo.

Etapa 2: Adicionar um Módulo Front-End para Aumentar a Potência e o Alcance

O circuito discutido acima tem 4 níveis de potência de saída: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm. Os controles de nível de potência variam diretamente, é claro que há outras características relacionadas à antena (impedância, taxa de potência, tipo …) e ao ambiente de propagação, mas vamos nos concentrar no próprio módulo.

Para estender a potência de saída, um módulo frontal pode ser usado. Achei este RFX2401C da Skyworks Solutions simplesmente perfeito; é um módulo front-end ZigBee / ISM de 2,4 GHz, com portas de entrada e saída de 50 ohms, 25 dB de ganho de sinal pequeno e 22 dBm de potência de saída saturada (todas essas características estão relacionadas ao modo de transmissão). Skyworks oferece também uma placa de avaliação que ajuda a criar protótipos facilmente com seu IC.

Este módulo possui uma lógica de controle relativamente simples (ver tabela lógica). Para ativar o recebimento (modo RX), TXEN deve ser puxado para BAIXO e RXEN puxado para ALTO e para ativar a transmissão (modo TX) TXEN puxado para ALTO o estado de RXEN não é importante. De acordo com a folha de dados nrf24L01, o pino CE deve ser puxado para ALTO sempre que o transceptor tiver que entrar no modo RX. Usando um osciloscópio, eu medi o estado do pino VDD_PA, ele é ALTO sempre que o transceptor está no modo TX e BAIXO no modo RX. Desta forma, TXEN deve ser conectado a VDD_PA e RXEN a CE

Etapa 3: lista de materiais

Esta tabela contém a lista de componentes de que você precisa para construir este circuito, eu os encomendei em:

Etapa 4: esquemas

Este é o circuito típico de nosso transceptor com sua saída de RF conectada ao módulo frontal; este recebe comandos dos pinos VDD_PA e CE, alguns capacitores de desacoplamento foram adicionados. A saída é conectada a um filtro LC discreto com um conector SMA na extremidade.

Etapa 5: Conclusão e Melhorias

depois de extrair os arquivos gerber, encomendei 10 pcb e fiz a soldagem usando um stencil e uma estação de refluxo.

Acontece que a criação de um tal circuito de RF requer levar em consideração qualquer possível interferência eletromagnética, especialmente ao executar o roteamento de pcb. É altamente recomendável uma blindagem não ventilada e conectada ao aterramento, o que ajuda a reduzir o acoplamento capacitivo e magnético entre o módulo e seu ambiente.