CN104821835B - 物联网增强型无线扩频收发系统及其pcb版图结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频电路设计领域，特别是一种物联网增强型无线扩频收发系统及其PCB版图结构。所述物联网增强型无线扩频收发系统中，无线扩频芯片的输出端与开关电路之间设置有输出阻抗匹配电路功率放大电路，输入端与开关电路之间设置有输入阻抗匹配电路及低噪声放大电路。通过设置输入阻抗匹配电路、输出阻抗匹配电路保证了输入输出链路阻抗的匹配性，发送链路中的功率放大器、接收链路中设置有LNA(低噪声放大器)电路，使得模块在同等发射功率的情况下，通信距离成倍延长；同时，本发明提供的PCB版图结构采用四层布局方式，将所有的元器件布置于PCB板的同一层上，形成一个完整统一的参考地，进一步提高了无线扩频收发系统的稳定性。

Description

物联网增强型无线扩频收发系统及其PCB版图结构

技术领域

本发明涉及射频电路设计领域，特别是一种物联网增强型无线扩频收发系统及其PCB版图结构。

背景技术

在物联网无线收发模块领域中，无线收发模块基本上采用传统的调制方式进行数据通信，但目前物联网无线收发模块在实际应用中容易出现抗干扰性能差、保密性不强等一系列的问题，从而导致通信质量差。

另外，目前常用的无线收发模块中，多采用两层板的设计方式，这就不可避免的要使一些走线把两层板的地层分割开来，从而导致不能形成一个完整的参考地，因此采用这种设计方式的无线收发模块在使用过程中极不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的物联网无线收发模块抗干扰性能差、保密性不强等问题，提供一种抗干扰能力强的物联网增强型无线扩频收发系统，包括天线、开关电路、时钟电路以及无线扩频芯片。

所述时钟电路与所述无线扩频芯片连接；所述无线扩频芯片的输入端和输出端均通过所述开关电路与天线连接。

无线扩频芯片的输出端与所述开关电路之间还设置有输出阻抗匹配电路及功率放大电路；同时，所述无线扩频芯片的输入端与所述开关电路之间还依次串接有输入阻抗匹配电路及低噪声放大电路，所述低噪声放大电路用于将接收到的信号进行滤波放大。

所述功率放大电路包括第三表面滤波器及功率放大器。

所述输出阻抗匹配电路包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口；

所述第一输入端口、第二输入端口分别与所述无线扩频芯片连接；所述第一输入端口通过串接的第一电感、第二电感与所述第二输入端口连接；同时，所述第一输入端口还分别与第三电容、第四电容的一端连接，所述第三电容、第四电容的另一端接地；所述输出端口和所述第二输入端口之间依次串接有第一电容及所述第二电感；所述输出端口同时还通过依次串接的所述第三表面滤波器、所述功率放大器与所述开关电路连接。

所述功率放大器连接有两个低压线性稳压器，所述两个低压线性稳压器用于给所述功率放大器提供稳定的电压。

所述输入阻抗匹配电路包括第九电容、第十电容和第五电感；所述低噪声放大电路包括依次串接的第一表面波滤波器、低噪声放大器及第二表面波滤波器；所述第一表面波滤波器与低噪声放大器之间连接有一个LDO电路，其用于给所述低噪声放大器供电。

所述无线扩频芯片的输入端通过串接的第九电容、第十电容与第一表面波滤波器的输出端连接；所述第一表面波滤波器的输入端通过依次串接的低噪声放大器、第二表面波滤波器与所述开关电路的输出端连接；所述无线扩频芯片的输入端还与第五电感的一端连接，所述第五电感的另一端接地。

进一步的，所述时钟电路与所述无线扩频芯片之间设置有匹配电容，用于调整时钟电路的精准度，以增强物联网无线扩频收发系统运行时的环境适应性。

进一步的，所述开关电路为单刀双掷开关电路。

进一步的，所述无线扩频芯片为SX1278无线扩频芯片。

为了克服目前无线收发模块中采用的两层板设计方式，从而导致一些走线把两层板的地层分割开来导致的射频信号的参考基准不同的问题，本发明还提供一种抗干扰能力强的，应用如上所述的物联网无线扩频收发系统的PCB版图结构，包括第一版图层、第二版图层、第三版图层和第四版图层；所述第一版图层、第二版图层、第三版图层和第四版图层之间通过过孔连接；所述第一版图层为无线扩频收发系统电路层；所述第二版图层为地层；所述第三版图层为电源层；所述第四版图层为信号控制走线层。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：所述物联网增强型无线扩频收发系统中，无线扩频芯片的输出端与开关电路之间设置有输出阻抗匹配电路功率放大电路，输入端与开关电路之间设置有输入阻抗匹配电路及低噪声放大电路。通过设置输入阻抗匹配电路、输出阻抗匹配电路保证了输入输出链路阻抗的匹配性，发送链路中的功率放大器、接收链路中设置有LNA(低噪声放大器)电路，使得模块在同等发射功率的情况下，通信距离成倍延长；同时，本发明提供的PCB版图结构采用四层布局方式，将所有的元器件布置于PCB板的同一层上，形成一个完整统一的参考地，也减少了射频接收链路和射频发射链路上的过孔数量，从而减小过孔带来的寄生参量与阻抗突变，能有效的保证微带线阻抗的一致性，进一步提高了无线扩频收发系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为本发明输出阻抗匹配电路及功率放大电路的电路图。

图3为本发明输入阻抗匹配电路及低噪声放大电路的电路图。

图4为本发明开关电路及天线电路图。

图5为本发明实施例中无线扩频芯片及时钟电路电路图。

图6为本发明实施例中功率放大电路供电模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：如图1所示，本发明的目的在于克服目前的物联网无线收发模块抗干扰性能差、保密性不强等问题，提供一种抗干扰能力强的物联网无线扩频收发系统，包括天线5、开关电路4、时钟电路6以及无线扩频芯片1（本实施例中所述无线扩频芯片采用SX1278无线扩频芯片）。

如图4所示，本实施例中，所述开关电路4采用单刀双掷芯片U2（本实施例中为单刀双掷芯片UPG2214TK）；所述单刀双掷芯片U2的V1端口、V2端口分别为发送使能端口、接收使能端口，其分别用于接收发送使能信号TXEN及接收使能信号RXEN；所述单刀双掷芯片U2的RFCOM端口通过电容C14与天线A1连接。

如图1、图5所述时钟电路6与所述无线扩频芯片1连接；所述无线扩频芯片1的输入端RFI_LF和输出端VR_PA、PA_BOOST均通过所述开关电路4与天线5连接；

所述无线扩频芯片1的输出端VR_PA、PA_BOOST与所述开关电路4之间还设置有输出阻抗匹配电路2及功率放大电路8；同时，所述无线扩频芯片1的输入端与所述开关电路4之间还依次串接有输入阻抗匹配电路3及低噪声放大电路7，所述低噪声放大电路3用于将接收到的信号进行滤波放大。

如图2所示，所述输出阻抗匹配电路2包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5。

所述第一输入端口、第二输入端口分别与所述无线扩频芯片1的输出端VR_PA、PA_BOOST连接；所述第一输入端口通过串接的第一电感L1、第二电感L2与所述第二输入端口连接同时，所述第一输入端口还分别与第三电容C3、第四电容C4的一端连接，所述第三电容、第四电容的另一端接地；所述输出端口和所述第二输入端口之间依次串接有第一电容C1及所述第二电感L2；所述第二电感L2与所述第一电容C1之间与第五电容C5的一端连接，所述第五电容C5的另一端接地；所述输出端口与所述功率放大电路8的输入端连接；所述功率放大电路8中包括一次串接的第三表面滤波器F3及功率放大器T2,所述点表面滤波器F3的输入端即为所述功率放大电路的输入端，所述功率放大器T2的输出端为所述功率放大电路8的输出端，所述功率放大电路8的输出端与所述开关电路4的输入端口RF2端口连接；本实施例中功率放大器T2采用RFPA0133及其配套电路，其供电由如图6所述的两个低压线性稳压器U4、U5（分别采用芯片XC6210A352PR和芯片XC6234H301VR-G）来完成。

某些实施例中，所述功率放大电路8的输入端设置有三个首尾相接的∏衰减器R1、R2、R3；其用于衰减过大的射频功率以保护后级设备。

如图3所示，所述输入阻抗匹配电路3包括第九电容C9、第十电容C10和第五电感L5；所述低噪声放大电路7包括依次串接的第一表面波滤波器F1（本实施例中为芯片HDF475CS4）、低噪声放大器T1（本实施例中为芯片SPF5043Z）及第二表面波滤波器F2及匹配电路；所述第一表面波滤波器F1与低噪声放大器T1之间连接有一个LDO电路U3，所述LDO电路U3用于给所述低噪声放大器T1供电；由于使用了一个增益为7dB的LNA(低噪声放大器)电路，在同等发射功率的情况下，无线扩频收发系统通信距离理论上是成倍增加，可以使该模块应用于比较苛刻的环境下，都能确保信息的可靠传输，提高数据的通信成功率；

所述无线扩频芯片的输入端RFI_LF通过串接的第九电容C9、第十电容C10与第一表面波滤波器的输出端连接；所述第一表面波滤波器F1的输入端通过依次串接的低噪声放大器T1、第二表面波滤波器F2与所述单刀双掷芯片U2的RF1端口连接；同时，所述无线扩频芯片1的输入端RFI_LF还与第五电感L5的一端连接，所述第五电感L5的另一端接地。

进一步的，所述时钟电路6与所述无线扩频芯片1之间设置有匹配电容C11、C12、C13，用于增强物联网无线扩频收发系统运行时的环境适应性。

另外，针对所述无线扩频芯片1的供电电源线容易出现高频噪声和尖峰干扰的现象，我们在所述无线扩频芯片1与电源之间串联一个磁珠，所述磁珠可以很好的抑制电源线上的高频噪声与尖峰干扰，具有吸收静电脉冲的能力。

另外一些实施例中，所述物联网无线收发模块外还设置有屏蔽层，用以隔绝外界的干扰，也可阻隔本模块干扰其他电子系统。

实施例2：为了克服目前无线收发模块中采用的两层板设计方式，从而导致一些走线把两层板的地层分割开来导致的射频信号的参考基准不同的问题，本发明还提供一种抗干扰能力强的，应用如上所述的物联网无线扩频收发系统的PCB版图结构，包括第一版图层、第二版图层、第三版图层和第四版图层；所述第一版图层、第二版图层、第三版图层和第四版图层之间通过过孔连接；所述第一版图层为无线扩频收发系统电路层，所有的元器件布置于第一版图层上，可有效减少过孔数量；所述第二版图层为地层；所述第三版图层为电源层；所述第四版图层为信号控制走线层，即第四版图层为无线扩频收发系统与物联网控制器的接口部分（如开关电路4的接收使能信号接接收接口、发送使能信号接收接口等）；在微带线特性阻抗为50欧、介质介电常数一定的条件下，第一版图层与第二版图层的介质距离决定了射频微带线的线宽，其线宽W≈2*介质距离（毫米）；第一层射频微带线走线应避免走直角，PCB板中覆地必须要求没有孤岛、毛刺的存在。

另外应注意，由于布置在所述第一版图层中的参考时钟电路中包含有两个匹配电容，因此位于参考时钟电路版图部分下的所述第二版图层、第三版图层、第四版图层不能布制有任何信号走线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种物联网增强型无线扩频收发系统，包括天线、开关电路、时钟电路以及无线扩频芯片；

所述时钟电路与所述无线扩频芯片连接；所述无线扩频芯片的输入端和输出端均通过所述开关电路与天线连接；

其特征在于，无线扩频芯片的输出端与所述开关电路之间还设置有输出阻抗匹配电路及功率放大电路；同时，所述无线扩频芯片的输入端与所述开关电路之间还依次串接有输入阻抗匹配电路及低噪声放大电路；

所述功率放大电路包括第三表面滤波器及功率放大器；

所述输出阻抗匹配电路包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口；

所述第一输入端口、第二输入端口分别与所述无线扩频芯片连接；所述第一输入端口通过串接的第一电感、第二电感与所述第二输入端口连接；同时，所述第一输入端口还分别与第三电容、第四电容的一端连接，所述第三电容、第四电容的另一端接地；所述输出端口与所述第二输入端口之间依次串接有第一电容及所述第二电感；所述输出端口同时还通过依次串接的所述第三表面滤波器、所述功率放大器与所述开关电路连接；

所述时钟电路与所述无线扩频芯片之间设置有匹配电容，用于调整时钟电路的精准度。

2.根据权利要求1所述的物联网增强型无线扩频收发系统，其特征在于，所述输入阻抗匹配电路包括第九电容、第十电容和第五电感；所述低噪声放大电路包括依次串接的第一表面波滤波器、低噪声放大器及第二表面波滤波器；所述第一表面波滤波器与低噪声放大器之间连接有一个LDO电路，所述LDO电路用于给所述低噪声放大器供电；

所述无线扩频芯片的输入端通过串接的第九电容、第十电容与第一表面波滤波器的输出端连接；所述第一表面波滤波器的输入端通过依次串接的低噪声放大器、第二表面波滤波器与所述开关电路的输出端连接；所述无线扩频芯片的输入端与第五电感的一端连接，所述第五电感的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的物联网增强型无线扩频收发系统，其特征在于，所述开关电路为单刀双掷开关电路。

4.根据权利要求1所述的物联网增强型无线扩频收发系统，其特征在于，所述无线扩频芯片为SX1278无线扩频芯片。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的物联网增强型无线扩频收发系统的PCB版图结构，其特征在于，包括第一版图层、第二版图层、第三版图层和第四版图层；所述第一版图层、第二版图层、第三版图层和第四版图层之间通过过孔连接；所述第一版图层为无线扩频收发系统电路层；所述第二版图层为地层；所述第三版图层为电源层；所述第四版图层为信号控制走线层。