CN108282187A - LoRa网关射频模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LoRa网关射频模块,包括基带芯片模块;分别与基带芯片模块相连的第一/二射频芯片模块;以及依次相连的巴伦变换器模块、第一表面声波滤波器模块、射频功率放大器模块、低通滤波器模块、射频开关模块、第三表面声波滤波器模块、低噪声放大器模块、第二表面声波滤波器模块、第二射频芯片模块;第一稳压芯片模块,其输出端与基带芯片模块输入端相连;三个第二稳压芯片模块,其输出端分别与第一/二射频芯片模块输入端、低噪声放大器模块输入端相连;第三稳压芯片模块,其输出端与射频功率放大器模块输入端相连。本发明公开的LoRa网关射频模块可以满足在复杂环境下,信号现场传输不受外界环干扰,而且性价比高。
Description
技术领域
本发明涉及一种LoRa网关射频模块,属于物联网设备技术领域。
背景技术
物联网网关在未来的物联网时代将会扮演非常重要的角色,它将成为连接感知网路与传统通信网络的纽带。
作为网关设备,物联网网关可以实现感知网络与通信网络,以及不同感知网络之间的协议转换,既可以实现广域互联,也可以实现局域互联。物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的低功耗广域无线通信技术(LPWAN)也快速兴起。LoRa是其中最有发展前景的低功耗广域无线通信技术。
LoRa是LPWAN通信技术中的一种,它使用线性调频扩频调制技术,既保持了频移键控调制相同的低功耗特性,又明显增加了通信距离。LoRa技术非常适用于功耗低、距离远、大量连接的物联网领域。
在物联网无线通信网络构建中涉及到较多终端节点数据的收发,要解决这种信息量大的物联网网络的通信问题,就需要考虑到网关设备的信息处理能力。而现有的LoRa网关模块采用的是单信道输入模式,这种单信道输入模式无法满足物联网信息处理的要求,同时很容易受到使用现场环境的影响,当在相对复杂的环境中,信号在现场传输的过程中会受到外界环境的干扰以及衰减,接收灵敏度低,使系统接收的信号质量严重下降,甚至接收不到信号。
发明内容
发明目的:本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进,即本发明公开了LoRa网关射频模块。
技术方案:LoRa网关射频模块,包括:
基带芯片模块;
第一射频芯片模块,与基带芯片模块相连;
巴伦变换器模块,其输入端与所述第一射频芯片模块的输出端相连;
第一表面声波滤波器模块,其输入端与所述巴伦变换器模块的输出端相连;
射频功率放大器模块,其输入端与所述第一表面声波滤波器模块的输出端相连;
低通滤波器模块,其输入端与所述射频功率放大器模块的输出端相连;
射频开关模块,其输入端与所述低通滤波器模块的输出端相连;
第三表面声波滤波器模块,其输入端与所述射频开关模块的输出端相连;
低噪声放大器模块,其输入端与所述第三表面声波滤波器模块的输出端相连;
第二表面声波滤波器模块,其输入端与所述低噪声放大器模块的输出端相连;
第二射频芯片模块,其输入端与所述第二表面声波滤波器模块的输出端相连,第二射频芯片模块与所述基带芯片模块相连;
第一稳压芯片模块,其输出端与所述基带芯片模块的输入端相连;
三个第二稳压芯片模块,其输出端分别与第一射频芯片模块的输入端、第二射频芯片模块的输入端、低噪声放大器模块的输入端相连;
第三稳压芯片模块,其输出端与所述射频功率放大器模块的输入端相连。
进一步地,还包括储存器模块,其分别与基带芯片模块、第一稳压芯片模块相连。
有益效果:本发明公开的LoRa网关射频模块具有以下有益效果:
1、实现网关模块多个信道射频信号的同时接收与发送,可以满足在复杂环境下,信号的现场传输的过程中不会受到外界环境的干扰以及衰减;
2、第一/二射频芯片模块、基带芯片模块、第一/二/三稳压芯片模块采用精度高、稳定性强、成本低的芯片,实现了整个网关射频模块设计的高性价比,适合LoRa低功耗扩频无线通信网络的大规模应用。
附图说明
图1为本发明公开的LoRa网关射频模块的结构示意框图;
图2为基带芯片模块的电路图;
图3为第一射频芯片模块的电路图;
图4为第二射频芯片模块的电路图;
图5为射频功率放大器模块的电路图;
图6a为第一表面声波滤波器模块的电路图;
图6b为第二表面声波滤波器模块的电路图;
图6c为第三表面声波滤波器模块的电路图;
图7为低通滤波器模块的电路图;
图8为巴伦变换器模块的电路图;
图9为射频开关模块的电路图;
图10为第一稳压芯片模块的电路图;
图11为第三稳压芯片模块的电路图;
图12为第二稳压芯片模块的电路图;
图13为存储器模块的电路图;
图14为低噪声放大器模块的电路图。
具体实施方式:
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
如图1所示,LoRa网关射频模块,包括:
基带芯片模块;
第一射频芯片模块,与基带芯片模块相连;
巴伦变换器模块,其输入端与第一射频芯片模块的输出端相连;
第一表面声波滤波器模块,其输入端与巴伦变换器模块的输出端相连;
射频功率放大器模块,其输入端与第一表面声波滤波器模块的输出端相连;
低通滤波器模块,其输入端与射频功率放大器模块的输出端相连;
射频开关模块,其输入端与低通滤波器模块的输出端相连;
第三表面声波滤波器模块,其输入端与射频开关模块的输出端相连;
低噪声放大器模块,其输入端与第三表面声波滤波器模块的输出端相连;
第二表面声波滤波器模块,其输入端与低噪声放大器模块的输出端相连;
第二射频芯片模块,其输入端与第二表面声波滤波器模块的输出端相连,第二射频芯片模块与基带芯片模块相连;
第一稳压芯片模块,其输出端与基带芯片模块的输入端相连;
三个第二稳压芯片模块,其输出端分别与第一射频芯片模块的输入端、第二射频芯片模块的输入端、低噪声放大器模块的输入端相连;
第三稳压芯片模块,其输出端与射频功率放大器模块的输入端相连。
进一步地,还包括储存器模块,其分别与基带芯片模块、第一稳压芯片模块相连。
如图2所示,基带芯片模块包括复位引脚RESET,该复位引脚RESET连接阻值为10K的电阻R206的一端,电阻R206的另一端接地;
主SPI接口的时钟引脚HOST_CLK引出时钟引脚SCK;
主SPI接口HOST_MISO引出MISO引脚;
主SPI接口HOST_MOSI引出MOSI引脚;
主SPI接口HOST_CSN引脚引出CSN引脚;
扫描模式信号引脚SCANMODE引脚依次连接容值为0.1μF的电容C202的一端、容值为1μF的电容C201的一端并接地,电容C202的另一端、电容C201的另一端分别连接电源电压VCC18、第一稳压芯片的引脚VCC_CORE;
芯片引脚GPS_IN分别连接阻值为10K的电阻R207的一端、电阻R208的一端,电阻R207的另一端接地;
引脚RADIO_A_EN连接电阻R209的一端,电阻R209的另一端连接容值为56pF的电容C210的一端并引出引脚RADIO_EN_A,电容C210的的另一端接地;
芯片的引脚LNA_A_CTRL连接电阻R210的一端,电阻R210的另一端引出引脚LNA_EN_A;
芯片引脚PA_A_CTRL连接引脚PA_EN_A;
通道A通道控制引脚PA_GAIN[1]引出引脚PA_GAIN_16;
通道B的通道控制引脚PA_GAIN[0]引出引脚PA_GAIN_8;
通道B的SPI接口RADIO_B_CS引出NSS_B引脚;
通道B的数据输入输出引脚RADIO_B_MOSI引出MOSI_B引脚;
通道B的数据输入输出引脚RADIO_B_MISO引出MISO_B引脚;
通道B的时钟输出引脚连接RADIO_B_SCK引出连接SCK_B引脚;
电源引脚VCC18引出电源输出引脚VCC_CORE;
信道复位引脚RADIO_REST引出复位引脚RADIO_RESET,其信道B的使能引脚RADIO_B_EN连接电阻R211的一端、电阻R211的另外一端与电容C212的一端相连并连接RADIO_EN_B,电容C212的另一端接地;
B通道1bit数据接收引脚B_IQ_RX连接电阻R212的一端,电阻R212的另一端引出引脚I_RXD_B;
B通道1bit数据接收引脚B_QI_RX连接电阻R213的一端,电阻R213的另一端引出引脚Q_RXD_B;
信道C的时钟信号输出引脚SP_CLK_OUT连接电阻R214的一端,电阻R214的另一端接时钟输入引脚CLK1;
32MHZ时钟输入引脚CLK32M连接电阻R216的一端,电阻R216的另外一端引出引脚CLKO_B;
A通道1bit数据接收引脚A_IQ_RX连接电阻R217的一端,电阻R217的另外一端引出引脚I_RXD_A;
A通道1bit数据接收引脚A_IQ_RX连接电阻R218的一端,电阻R218的另外一端引出引脚Q_RXA_A;
A通道1bit数据发送引脚A_IQ_TX连接电阻R219一端,电阻R219的另外一端引出I_TXD_A引脚;
A通道1bit数据发送引脚A_QI_TX连接电阻R220的一端,R220的另外一端引出Q_TXD_A引脚;
SPI接口RADIO_A_CS引出引脚NSS_A;
A通道信号输入输出引脚RADIO_A_MOSI引出信号输入输出引脚MOSI_A;
A通道信号输入输出引脚RADIO_A_MISO引出信号输入输出引脚MISO_A;
A通道的时钟输出引脚RADIO_A_SCK引出时钟输入引脚SCK。
如图3所示,第一射频芯片模块包括:
复位引脚RESET引出复位引脚RADIO_RST;
时钟输出引脚CLK_OUT引出引脚CLKO_A;
时钟输入引脚CLK_IN引出引脚CLK1;
数字基带同相数据输入引脚Q_IN引出引脚Q_TXD_A;
数字基带正交数据输入引脚I_IN引出引脚I_TXD_A;
数字基带同相数据输出引脚Q_OUT引出引脚Q_RXD_A;
数字基带正交数据输出引脚I_OUT引出引脚R_RXD_A;
电源引脚VBAT2、VBAT1和VBAT3连接第二稳压电源模块的电压输出引脚VCC_A,电源引脚VBAT2与电容C223一端相连,电容C223的另一端接地,电源引脚VBAT1的一端与电容C219的一端相连,电容C219的另一端接地,电源引脚VBAT3的一端与电容C221相连,电容C221的另一端接地;
时钟输入引脚SCK引出基带芯片模块的A通道的时钟输出引脚RADIO_SCK_A;
数据输入输出引脚MISO引出基带芯片模块的A通道的数据输入输出引脚RADIO_A_MISO;
数据输入输出引脚MOSI引出基带芯片模块的A通道的数据输入输出引脚RADIO_A_MOSI;
SPI片选信号引脚NSS连接基带芯片模块的A通道的SPI接口RADIO_A_CS;
射频信号输入引脚RF_IN引出射频信号引脚RF_IN;
差分输出引脚RF_ON引出引脚RF_O_N;
差分输出引脚RF_OP引出引脚RF_O_P;
外部时钟输入引脚XTB连接32MHZ晶振Y2的引脚3,晶振的引脚4分别连接电感L202的一端、电容C214的一端,电容C214的另一端接地,电感L202的另外一端连接第一稳压芯片模块提供的电压VCC_A。
如图4所示,第二射频芯片模块包括:
复位引脚RESET引出基带芯片模块的复位引脚RADIO_RST;
引脚Q_IN、引脚I_IN接地;
时钟输出引脚CLK_OUT连接基带芯片模块的CLK32M引脚通过电阻R215引申出来的引脚CLKO_B;
数字基带同相数据输出引脚Q_OUT引出基带芯片模块的B通道1bit数据接收引脚Q_RXD_B;
数字基带正交数据输出引脚I_OUT连接基带芯片模块的B通道1bit数据接收引脚I_RXD_B;
电源引脚VBAT2连接电容C230的一端,电容C230的另一端接地;
时钟输入引脚SCK引出基带芯片模块的B通道的时钟输出引脚RADIO_B_SCK;
数据输入输出引脚MISO连接基带芯片模块的B通道的数据输入输出引脚RADIO_B_MISO;
数据输入输出引脚MOSI引出基带芯片模块的B通道的数据输入输出引脚RADIO_MOSI_B;
SPI片选信号引脚NSS引出基带芯片模块的B通道的SPI接口RADIO_NSS_B;
射频信号输入引脚RF_IN引出射频信号引脚RF_IN;
电源引脚VBAT1和VBAT3连接第二稳压芯片模块的电压输出引脚VCC_B;
外部时钟输入引脚XTB与电容C216的一端相连;
引脚VR_ANA2连接容值为0.1μF的电容C229的一端,电容C229的另外一端接地;
引脚VR_DIG连接容值为0.1μF的电容C224的一端,电容C224的另外一端接地;
引脚VR_ANA1连接容值为0.1μF的电容C225的一端,电容C225的另外一端接地;
引脚VBAT1连接容值为0.1μF的电容C226的一端、电容C226的另外一端接地。
如图5所示,射频功率放大器模块包括:
偏置电路供电电压引脚VBIAS连接容值为56pF的电容C313的一端、容值为2.2μF的电容C314的一端、电阻R310的一端,电容C313的另一端、电容C314的另一端接地,电阻R310的另外一端接第三稳压芯片模块提供的电压VCC_PA;
电源电压引脚VCC1连接感值为13nH的电感L303的一端,电感L303的另一端分别连接容值为56pF的电容C311的一端、容值为2.2μF的电容C312的一端、电阻R309的一端,电阻R309的另一端通过电感L303连接电压VCC_PA,电容C311的另一端、电容C312的另一端接地;
引脚G16分别连接容值为56pF的电容C310的一端、电阻R308的一端,电阻R308的另一端接基带芯片模块的的引脚PA_GAIN_16;
引脚G8分别连接容值为56pF的电容C309的一端、电阻R307的一端,电容C309的另一端接地,电阻R307的另外一端连接基带芯片模块的引脚PA_GAIN_8,;
引脚NC接地;
电源电压引脚RF_OURT/VCC2连接感值为13nH的电感L302的一端、电容C315的一端、感值为10nH的电感L305的一端,电感L302的另外一端分别连接容值为2.2μF的电容C308的一端、容值为56pF的电容C307的一端,电容C308的另一端、电容C307的另一端接地;
掉电控制电压引脚PD分别连接容值为56pF的电容C306的一端、容值为0.1μF的电容C305的一端、电阻R306的一端,电容C305的另一端、电容C306的另一端接地;
射频信号输入引脚RF_IN连接电感L301的一端,电感L301的另一端分别与电阻R304、电阻R305相连,电阻R305接地。
如图6a所示,第一表面声波滤波器模块包括:
信号输入引脚IN连接容值为56pF的电容C303的一端;
信号输出引脚OUT连接电阻R303的一端,电阻R303的另一端接地;
四个引脚GDN接地。
如图6b所示,第二表面声波滤波器模块包括:
信号输出引脚OUT分别连接电容C320的一端、容值为27pF的电容C319的一端,电容C320的另一端接地,电容C319的另外一端连接值为20nH的电感L307的一端,电感L307的另一端分别连接电感L306的一端、第二射频芯片模块的的引脚RF_IN,电感L306的另一端接地;
信号输入引脚IN连接电容C321的一端,四个引脚GDN接地。
如图6c所示,第三表面声波滤波器模块包括:
信号输入引脚IN连接容值为56pF的电容C325的一端,电容C325的另一端连接射频开关模块的单端射频端口RF2;
信号输出引脚OUT连接容值为56pF的电容C324的一端,电容C324的另一端连接LNA晶体管的引脚3,LNA晶体管的引脚1连接值为100nH的电感L308,同时这端连接容值为56pF的电容C321,电容C321的另外一端连接第一表面声波滤波器模块的的信号输入引脚IN。
如图7所示,低通滤波器模块包括:
信号输出引脚OUT连接容值为56pF的电容C318的一端,电容C318的另一端引出射频开关模块的引脚RF1;
信号输入引脚IN连接容值为56pF的电容C317的一端,电容C317的另一端连接容值为10pF的电容C316的一端,同时这端连接值为10nH的电感L305、电感L305的另外一端连接射频功率放大器的引脚VCC2。
如图8所示,巴伦变换器模块包括:
引脚4分别连接电阻R302的一端、电容C302的一端;
引脚3分别连接电容C301的一端、电阻R301的一端,电容C301的另一端接地;
引脚2、引脚5、引脚6接地。
如图9所示,射频开关模块包括:
电源引脚VDD连接容值为10nF的电容C326的一端,电容C326的另一端接地;
单端射频端口RFC连接容值为56pF的电容C327的一端,电容C327的另一端连接微波开关SMA的一端,微波开关SMA的另一端接地。
图图10所示,第一稳压芯片模块包括:
电源输入引脚VINA分别连接5V电压、容值为10μF的电容C103的一端,电容C103的另一端接地;
通道A的交换节点引脚LXA连接值为2.2μH的电感L102的一端,电感L102的另一端连接容值22μF的电容C105的一端、通道A的输出电源引脚,电容C105的另一端接地;
通道A的位控制引脚CTL0A、CTL1A、CTL2A、CTL3A连接5V电压;
通道B的位控制引脚CTL0B、CTL3B连接5V电压;
通道B的位控制引脚CTL1B、CTL2B接地;
通道B的交换节点引脚LXB连接值为2.2μH的电感L103的一端,电感L103的另一端连接容值22μF的电容C106的一端、C106的另外一端接地;
稳压器芯片的电源输入引脚VINB分别连接5V电压、容值为10μF的电容C104的一端,电容C104的另一端接地。
如图11所示,第三稳压芯片模块包括:
输入电压引脚VIN分别连接5V电压、容值为4.7μF的电容C107的一端,电容C107的另一端接地;
电压正常指示输出引脚PWRGD分别连接阻值为100K的电阻R102的一端、晶体管2N7002的G极;
电阻R102的另外一端接5V电压;
晶体管2N7002的S极接地,晶体管2N7002的D极连接发光二极管D102的负极,二极管D102的正极连接阻值为1K的电阻R103的一端,电阻R103的另外一端接5V电压;
稳压输出引脚VOUT连接容值为1μF的电容C109的一端、电容C109的另一端接地;
电压正常指示延时设置输入引脚CDELAY连接容值为1nF的电容C108的一端,电容C108的另一端接地。
如图12所示,第二稳压芯片模块包括:
输入电压引脚VIN分别连接5V电压、容值4.7μF的电容C110的一端,电容C110的另一端接地;
电压正常指示输出引脚PWRGD分别连接阻值为100K的电阻R104的一端、晶体管2N7002的G极;
电阻R104的另一端连接5V电压;
晶体管2N7002的S极接地,晶体管2N7002的D极连接发光二极管D103的负极,二极管D103的正极连接阻值为为1K的电阻R105的一端、电阻R105的另一端连接5V电压;
稳压输出引脚VOUT连接容值为1μF的电容C111的一端,电容C111的另一端接地。
如图13所示,存储器模块包括:
片选引脚CS连接阻值为10K电阻R112、引脚EECS,电阻R112的另外一端连接电源电压VCC_IO;
芯片的时钟引脚SK分别与阻值为10K电阻R113、引脚EECLK,电阻R113的另外一端连接电源电压VCC_IO;
芯片数据输入引脚DI与引脚EEDATA连接;
芯片数据输出引脚DO分别与阻值为2.2K的电阻R121、阻值为10K的电阻R114相连,电阻R121的另外一端连接引脚EEDATA,电阻R114的另外一端连接电源电压VCC_IO;
引脚GND、引脚DC接地;
引脚ORG、引脚VCC分别与电容C131的一端相连,电容C131的另一端外接VCC_IO。
如图14所示,低噪声放大器模块包括引脚CS、引脚SK、引脚DO、引脚DC、引脚VCC和引脚ORG;
引脚CS连接电阻值为10K的电阻R112的一端;
引脚SK连接电阻值为10K的电阻R113的一端;
引脚DO分别连接电阻值为10K的电阻R114的一端、电阻值为2.2K的电阻R121的一端;
引脚DC接地;
引脚VCC、引脚ORG分别连接电容值为0.1μF的电容C131的一端。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (2)
1.LoRa网关射频模块,其特征在于,包括:
基带芯片模块;
第一射频芯片模块,与基带芯片模块相连;
巴伦变换器模块,其输入端与所述第一射频芯片模块的输出端相连;
第一表面声波滤波器模块,其输入端与所述巴伦变换器模块的输出端相连;
射频功率放大器模块,其输入端与所述第一表面声波滤波器模块的输出端相连;
低通滤波器模块,其输入端与所述射频功率放大器模块的输出端相连;
射频开关模块,其输入端与所述低通滤波器模块的输出端相连;
第三表面声波滤波器模块,其输入端与所述射频开关模块的输出端相连;
低噪声放大器模块,其输入端与所述第三表面声波滤波器模块的输出端相连;
第二表面声波滤波器模块,其输入端与所述低噪声放大器模块的输出端相连;
第二射频芯片模块,其输入端与所述第二表面声波滤波器模块的输出端相连,第二射频芯片模块与所述基带芯片模块相连;
第一稳压芯片模块,其输出端与所述基带芯片模块的输入端相连;
三个第二稳压芯片模块,其输出端分别与第一射频芯片模块的输入端、第二射频芯片模块的输入端、低噪声放大器模块的输入端相连;
第三稳压芯片模块,其输出端与所述射频功率放大器模块的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的LoRa网关射频模块,其特征在于,还包括储存器模块,其分别与基带芯片模块、第一稳压芯片模块相连。
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