CN103560762A - 一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块，包括主芯片、电源供电电路、射频输入电路、射频输出电路、驱动控制电路和前置放大电路，主芯片分别与电源供电电路、射频输入电路、射频输出电路、驱动控制电路和前置放大电路相连。本发明以列车无线传感器网络技术为研究背景，为保证列车进入隧道、山区遮挡等信号减弱环境中通信正常，射频功放模块通过放大保证足够大的输出功率，确保通信数据可以正常收发。本发明保证了列车在信号减弱环境下监测网络对车载设备运行状态的实时不间断监控，减少了列车行进中的安全隐患。本发明能够对输出端同频信号进行抑制，延长了通信距离、提高了数据传输可靠性，很好地保证了监测数据的正确传输。

Description

一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块
技术领域
本发明涉及射频功率模块电路，特别是一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块。
背景技术
目前，所公知的列车监测节点数据传输采用车载设备本身有线传输、列车与监控中心无线传输两种手段，无线传输中通常采用列车与监控中心点对点射频模式进行收发数据，这种模式结构简单，便于实施；但是在列车进入隧道、山区遮挡等环境时，由于信号的衰减，现有监测节点不能够保证有足够大输出功率来保证数据传输。同时因为其通信模式设计结构简单，对于输出信号产生的同频干扰未加抑制，会导致数据收发的延迟及错误。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种有足够大输出功率来保证数据传输、输出信号不会产生频率干扰的列车智能监测网络节点中的射频功放模块。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块，包括主芯片、电源供电电路、射频输入电路、射频输出电路、驱动控制电路和前置放大电路，所述的主芯片分别与电源供电电路、射频输入电路、射频输出电路、驱动控制电路和前置放大电路相连；
所述的电源供电电路为主芯片、前置放大电路和驱动控制电路提供电源；
所述的射频输入电路包括射频输入端口与滤波电路，所述的滤波电路由电阻R1和电容C4组成，电容C4的一端通过主芯片的3管脚RF_IN连接到主芯片上、另一端分别连接到电阻R1和射频输入端口；
所述的射频输出电路包括射频输出端口和π型LC滤波电路，所述的π型LC滤波电路由电容C15、电容C16以及电感L6组成，π型LC滤波电路的一端与主芯片的9、10、11和12四个管脚RF_OUT连接、另一端经电容C17连接到射频输出端口；
所述的电源供电电路包括一个双π型滤波电路，所述的双π型滤波电路由电容C7、电感L2、电容C8、电感L3和电容C9组成，双π型滤波电路的一端经电容C10分别与主芯片上的5管脚VCC2A与6管脚VCC2B连接、另一端依次经过电容C6和电容C5与控制端口J1的2管脚连接；
所述的驱动控制电路包括电容C12、电容C13、电感L4和电感L5，所述的电容C12和电感L5组成滤波电路，电容C12的一端与主芯片上的16管脚APC1连接；电容C13的一端分别与主芯片上的15管脚APC2和电感L4连接，电感L4的另一端连接控制端口J2上。
所述的前置放大电路包括电容C1、电容C2、电容C3和电感L1，所述的电容C1的一端分别与电容C5和电容C2连接，电容C3的一端分别与电容C2和电感L1的一端相连，电感L1的另一端与主芯片的1管脚VCC1连接；所述的电容C1、电容C2和电容C3的另一端分别接地。
本发明所述的主芯片是RF5110G芯片。
本发明的工作原理如下：电源供电电路为主芯片、射频输入电路、射频输出电路、驱动控制电路和前置放大电路供电。当射频信号输入端有信号接收时，经过射频输入电路中的并接电阻降低其阻抗与传输线进行阻抗匹配，从而降低信号的反射。将其发送给主芯片，通过驱动控制电路来控制主芯片将输入信号进行放大，并将放大信号送到主芯片的输出端口。通过π型LC滤波电路进行信号放大后的滤波处理和阻抗匹配，来抵消由于负载不匹配产生的发射，从而达到信号的最大输出功率。
与现有技术相比，本发明主要具有以下的有益效果。
1、本发明以列车无线传感器网络技术为研究背景，提出一种列车无线数据收发大功率射频模块方案。为保证列车进入隧道、山区遮挡等信号减弱环境中通信正常，射频功放模块通过放大保证足够大的输出功率，确保通信数据可以正常收发。
2、本发明先采用电源供电电路为前置放大电路和驱动控制电路进行供电，然后通过其来控制主芯片，保证其工作电压增加，输出功率也增加，继而使得射频输入信号放大；并通过π型LC滤波电路进行阻抗匹配，匹配网络引入新的反射，抵消由于负载不匹配产生的反射，保证射频输入信号经功放模块后的功率最大化。为抑制输出信号产生的同频干扰，采用滤波设计，在射频信号输入端口并接电阻降低输入阻抗，使它与传输线路进行阻抗匹配，从而降低输出信号的反射，减少输出信号产生的同频干扰。
3、本发明所设计的列车射频功放模块，保证了列车在信号减弱环境下监测网络对车载设备运行状态的实时不间断监控，减少了列车行进中的安全隐患。
4、本发明能够将监测节点的传输信号进行放大，并对输出端同频信号进行抑制，延长了通信距离、提高了数据传输可靠性，很好地保证了监测数据的正确传输。
附图说明
本发明共有附图3幅，其中：
图1是射频功放模块的电路图。
图2是射频功率模块PCB电路元件布局图。
图3是射频功放模块PCB电路底层图。
图中：1、主芯片，2、电源供电电路，3、射频输入电路，4、射频输出电路，5、驱动控制电路，6、前置放大电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。
如图1所示，一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块，包括主芯片1、电源供电电路2、射频输入电路3、射频输出电路4、驱动控制电路5和前置放大电路6，所述的主芯片1分别与电源供电电路2、射频输入电路3、射频输出电路4、驱动控制电路5和前置放大电路6相连；
所述的电源供电电路2为主芯片1、前置放大电路6和驱动控制电路5提供电源；
所述的射频输入电路3包括射频输入端口与滤波电路，所述的滤波电路由电阻R1和电容C4组成，电容C4的一端通过主芯片1的3管脚RF_IN连接到主芯片1上、另一端分别连接到电阻R1和射频输入端口；
所述的射频输出电路4包括射频输出端口和π型LC滤波电路，所述的π型LC滤波电路由电容C15、电容C16以及电感L6组成，π型LC滤波电路的一端与主芯片1的9、10、11和12四个管脚RF_OUT连接、另一端经电容C17连接到射频输出端口；
所述的电源供电电路2包括一个双π型滤波电路，所述的双π型滤波电路由电容C7、电感L2、电容C8、电感L3和电容C9组成，双π型滤波电路的一端经电容C10分别与主芯片1上的5管脚VCC2A与6管脚VCC2B连接、另一端依次经过电容C6和电容C5与控制端口J1的2管脚连接；
所述的驱动控制电路5包括电容C12、电容C13、电感L4和电感L5，所述的电容C12和电感L5组成滤波电路，电容C12的一端与主芯片1上的16管脚APC1连接；电容C13的一端分别与主芯片1上的15管脚APC2和电感L4连接，电感L4的另一端连接控制端口J2上。
所述的前置放大电路6包括电容C1、电容C2、电容C3和电感L1，所述的电容C1的一端分别与电容C5和电容C2连接，电容C3的一端分别与电容C2和电感L1的一端相连，电感L1的另一端与主芯片1的1管脚VCC1连接；所述的电容C1、电容C2和电容C3的另一端分别接地。
本发明所述的主芯片1是RF5110G芯片。
如图2所示，在本发明的PCB电路元件布局图里，考虑到在实际应用过程中的需求，将PCB的尺寸大小定为1960mil*1960mil(49.784mm*49.784mm)固定大小。并在元器件布局过程中，采用将元器件从左到右按照固定位置放置，从左到右的依次顺序为，射频输入端、集成功放芯片及周围电路、射频输出端，并使其在一条水平线上，这样做保证射频的长度较小；本发明的RF输入端和RF输出端之间距离为35.1mm；在主芯片RF5110G周围电路布局中，将电感成直角排列放置，这样做可以将其互感减到最小。
图3所示，为本发明中的PCB电路底层图。为减小辐射干扰对于射频功放电路所造成的影响，将PCB电路设置为双层板。一层为元件布局层，此层主要为元器件的布局；另一层为底层，此层主要为电源线及地线的设置。
本发明为减少环路电阻，因此将电源线宽度设置尽可能宽，将电源线宽度设置为80mil；将接地线宽度设置为60mil，这个宽度设置可以提高电路的抗干扰能力。
本发明的PCB设计过程中，将并行RF的走线之间距离设置为28mil，这样使得感性耦合减到最小。通过在RF走线及一些元器件周围进行覆铜，并通过打孔的方式，与地线相连接。将孔的内径设置13mil，外径为24mil；这样做可以使信号间的容性耦合降到最小。

Claims (2)

1.一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块，其特征在于：包括主芯片（1）、电源供电电路（2）、射频输入电路（3）、射频输出电路（4）、驱动控制电路（5）和前置放大电路（6），所述的主芯片（1）分别与电源供电电路（2）、射频输入电路（3）、射频输出电路（4）、驱动控制电路（5）和前置放大电路（6）相连；
所述的电源供电电路（2）为主芯片（1）、前置放大电路（6）和驱动控制电路（5）提供电源；
所述的射频输入电路（3）包括射频输入端口与滤波电路，所述的滤波电路由电阻R1和电容C4组成，电容C4的一端通过主芯片（1）的3管脚RF_IN连接到主芯片（1）上、另一端分别连接到电阻R1和射频输入端口；
所述的射频输出电路（4）包括射频输出端口和π型LC滤波电路，所述的π型LC滤波电路由电容C15、电容C16以及电感L6组成，π型LC滤波电路的一端与主芯片（1）的9、10、11和12四个管脚RF_OUT连接、另一端经电容C17连接到射频输出端口；
所述的电源供电电路（2）包括一个双π型滤波电路，所述的双π型滤波电路由电容C7、电感L2、电容C8、电感L3和电容C9组成，双π型滤波电路的一端经电容C10分别与主芯片（1）上的5管脚VCC2A与6管脚VCC2B连接、另一端依次经过电容C6和电容C5与控制端口J1的2管脚连接；
所述的驱动控制电路（5）包括电容C12、电容C13、电感L4和电感L5，所述的电容C12和电感L5组成滤波电路，电容C12的一端与主芯片（1）上的16管脚APC1连接；电容C13的一端分别与主芯片（1）上的15管脚APC2和电感L4连接，电感L4的另一端连接控制端口J2上；
所述的前置放大电路（6）包括电容C1、电容C2、电容C3和电感L1，所述的电容C1的一端分别与电容C5和电容C2连接，电容C3的一端分别与电容C2和电感L1的一端相连，电感L1的另一端与主芯片（1）的1管脚VCC1连接；所述的电容C1、电容C2和电容C3的另一端分别接地。
2.根据权利要求1所述的一种列车智能监测网络节点中的射频功放模块，其特征在于：所述的主芯片（1）是RF5110G芯片。
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