CN212231445U - 一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，包括电源单元和与电源单元相连的基带单元、射频前端及LBT、接口单元、温度传感器和扩展MCU，所述基带单元与射频前端、接口单元相连，所述接口单元与温度传感器、扩展MCU相连。上述技术方案主要针对863‑870MHz频段，相比上一代SX1301方案，具备了功耗更低、接收性能更强、成本更低的特点，同时采用了mini‑PCIE接口，接口更加标准化，更加方便用户集成和使用；使用了集成PA、LNA、SW的高集成度的FEM射频芯片大大降低了PCB面积；并且板载了温度传感器，能够实时监控射频板的运行温度，以及校准无线RSSI的信号值。

Description

一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器

技术领域

本实用新型涉及信号传输领域，尤其涉及一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器。

背景技术

LoRa技术已经在国内外广泛应用特别是国外已经建设了基于LoRa的网络覆盖。目前市面上基于SX1301的LoRa网关收发器应用较多，但是SX1301芯片功耗较高，发热严重，成本较高，而且并发接收能力一般，能满足一定的通信需求，但是作为物联网大的大规模接入需求需要有更高性能、发热更少、成本更低的多通道LoRa收发器。此外各个厂商推出的LoRa收发器尺寸、接口非标准，互相不兼容，不利于推广、互联互通。现有收发器的接收信号的RSSI无自校准能力，在一些环境变化较大或者需要使用RSSI无线信号作为判断的场合存在一定的偏差。现有的LoRa网关收发器中大多没有板载MCU，如果需要扩展应用或者扩展接口需要外接MCU，用户开发使用难度增加。

中国专利文献CN106374965A公开了一种“基于lora调制模式的SPI接口物联网无线收发器”。包括能够对接收信号进行lora解调和/或对发送信号进行lora调制的信号处理模块，信号处理模块上设有与外部MCU模块相连的SPI接口，且信号处理模块分别与信号接收模块和信号发送模块相连，信号接收模块和信号发送模块分别与接收发送切换开关相连，接收发送切换开关与无线信号收发装置相连。上述技术方案采用SX1301芯片功耗较高，发热严重，成本较高，而且并发接收能力一般。

发明内容

本实用新型主要解决原有的基于SX1301的LoRa网关收发器功耗较高、发热严重、成本较高的技术问题，提供一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，主要针对863-870MHz频段，相比上一代SX1301方案，具备了功耗更低、接收性能更强、成本更低的特点，同时采用了mini-PCIE接口，接口更加标准化，更加方便用户集成和使用；使用了集成PA、LNA、SW的高集成度的FEM射频芯片大大降低了PCB面积；并且板载了温度传感器，能够实时监控射频板的运行温度，以及校准无线RSSI的信号值。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括电源单元和与电源单元相连的基带单元、射频前端及LBT、接口单元、温度传感器和扩展MCU，所述基带单元与射频前端、接口单元相连，所述接口单元与温度传感器、扩展MCU相连。温度传感器STTS751-0，用于不同温度下的校准RSSI，后续可以用来功率校准。

作为优选，所述的基带单元包括SX1302基带部分，SX1302基带部分的控制引脚连接射频前端的相关射频芯片、接口芯片和状态指示灯。一部分是保证自身正常运行的必备接口，如电源、时钟、复位等。

作为优选，所述的射频前端及LBT包括SX1250射频前端、前部模块FEM和板载的LBT射频接收芯片SX1261/SX1262，所述SX1302基带部分一路依次连接SX1250射频前端、声表面波器件和前部模块FEM，另一路依次连接SX1250射频前端、声表面波器件、PI衰减器和前部模块FEM。还包括保证射频电路良好运行先关的一些L、R、C，SAW、FEM器件组成的相关的阻抗匹配、滤波电路。射频单元的射频线需要做50Ω的阻抗匹配。3路接收2*SX1250+1*SX1261/SX1262共用接收回路，发送由其中的一个SX1250来实现。前部模块FEM采用SKY66420-11发送回路，最大输入功率为20dBm，而SX1250的最大输出功率为22dBm，所以需要一个pi型的电阻衰减网络板载。

作为优选，所述的接口单元包括mini-Pcie的标准接口，mini-Pcie与温度传感器相连的同时经过LBT射频接收芯片与声表面波器件相连。主要是一些接口电路，防护和缓冲等。

作为优选，所述的电源模块包括DC/DC和LDO，DC/DC提供电压为1.2V的电源，LDO提供电压为3.3V的电源，基带单元、射频前端及LBT、接口单元、温度传感器、扩展MCU与电源模块单独连接。DC/DC主要用于基带芯片的内核供电，电源电压为1.2V，使用DC/DC比较合适，除此之外基带芯片的外设还需要3.3V的电源，这个部分功耗相对较低，选择使用LDO。射频单元和接口单元中用的电源电压也为3.3V，所以只需要根据需求选择LDO，是不同电路部分的电源单独供电，相互隔离，互不影响。

作为优选，所述的扩展MCU为cotex-M4的MCU芯片。用于实现接口的协议转换，以及其他相关应用的开发。

作为优选，所述的SX1302基带部分与SX1250射频前端相连的同时与温补晶体振荡器TCXO相连。

作为优选，所述的前部模块FEM与声表面波器件、PI衰减器相连的同时和天线相连。板载了接收回路的另外的天线接口能够实现双天线FDD功能。

作为优选，所述的前部模块FEM集成功率放大器PA、低噪声放大器LNA和高频开关SW。有助于减小PCB面积，SKY66420-11内部集成了可以输出27dBm的PA，NF1.5db的LNA，具有bypass发送功能。

本实用新型的有益效果是：

1.主要针对863-870MHz频段，相比上一代SX1301方案，具备了功耗更低、接收性能更强、成本更低的特点。

2.同时采用了mini-PCIE接口，接口更加标准化，更加方便用户集成和使用。

3.使用了集成PA、LNA、SW的高集成度的FEM射频芯片大大降低了PCB面积。

4.板载了温度传感器，能够实时监控射频板的运行温度，以及校准无线RSSI的信号值。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路原理连接结构框图。

图2是本实用新型的前部模块FEM功率放大电路的一种电路图。

图3是本实用新型的SX1250收发电路的一种电路图。

图4是本实用新型的LBT板载电路的一种电路图。

图5是本实用新型的传感器电路的一种电路图。

图6是本实用新型的MCU电路的一种电路图。

图7是本实用新型的接口电路的一种电路图。

图中1 SX1302基带部分，2 SX1250射频前端，3声表面波器件，4前部模块FEM，5天线，6 mini-Pcie，7 MCU cotex-M芯片，8温度传感器，9 TCXO，10 LBT射频接收芯片，11 PI衰减器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，如图1所示，包括电源单元和与电源单元相连的基带单元、射频前端及LBT、接口单元、温度传感器8和扩展MCU。电源模块包括DC/DC和LDO，DC/DC提供电压为1.2V的电源，LDO提供电压为3.3V的电源，基带单元、射频前端及LBT、接口单元、温度传感器8、扩展MCU与电源模块单独连接。DC/DC主要用于基带芯片的内核供电，电源电压为1.2V，使用DC/DC比较合适，除此之外基带芯片的外设还需要3.3V的电源，这个部分功耗相对较低，选择使用LDO。射频单元和接口单元中用的电源电压也为3.3V，所以只需要根据需求选择LDO，是不同电路部分的电源单独供电，相互隔离，互不影响。

基带单元包括SX1302基带部分1，SX1302基带部分1一部分是保证自身正常运行的必备接口，如电源、时钟、复位等，控制引脚连接射频前端的相关射频芯片、接口芯片和状态指示灯。

射频前端及LBT包括SX1250射频前端2、前部模块FEM 4和板载的LBT射频接收芯片10SX1261/SX1262，所述SX1302基带部分1一路依次连接SX1250射频前端2、声表面波器件3和前部模块FEM 4，另一路依次连接SX1250射频前端2、声表面波器件3、PI衰减器11和前部模块FEM 4。还包括保证射频电路良好运行先关的一些L、R、C，SAW、FEM器件组成的相关的阻抗匹配、滤波电路。射频单元的射频线需要做50Ω的阻抗匹配。3路接收2*SX1250+1*SX1261/SX1262共用接收回路，发送由其中的一个SX1250来实现。

如图2所示，前部模块FEM 4集成功率放大器PA、低噪声放大器LNA和高频开关SW，有助于减小PCB面积，SKY66420-11内部集成了可以输出27dBm的PA，NF1.5db的LNA，具有bypass发送功能。前部模块FEM 4与声表面波器件3、PI衰减器11相连的同时和天线5相连。

前部模块FEM采用SKY66420-11发送回路，SKY66420-11的输入回路上可以LNA前端添加声表面波器件SAW进行滤波，保证输入信号的滤波有效，同时板载了接收回路的另外的天线接口可以实现双天线FDD功能。2路天线接口处都有ESD保护，和板载的Pi型匹配电路和隔直电容。

SKY66420-11发送回路的最大输入功率为20dBm，而SX1250的最大输出功率为22dBm，所以需要一个PI衰减器11。发送回路的内置PA增益是16dBm，所以在配置的时候需要保证SX1250输出功率在11dBm的时候PA开始出现饱和。

SKY66420-11的内置LNA的增益是18dBm，与SPF5043相当，但是此内置的LNA的NF是1.5dB，稍微有些高，是后续可以优化的地方。

如图3所示，SX1302基带部分1与SX1250射频前端2相连的同时与温补晶体振荡器TCXO9相连。射频前端中一共有2颗SX1250芯片，2颗都可以接收数据，只有一颗除了接收还发送数据，发送回路中除了L、C的滤波匹配之外还有一个声表面波器件SAW，保证发送数据的杂散性能，同时板载了π的衰减网络，与前部模块FEM性能相匹配。射频信号从天线5进来之后，经过了SAW、FEM再次经过SAW之后分配给各个接收单元，包括2颗SX1250。

如图4所示，为了满足某些地区的无线电管制，电路板载了LBT功能，原理是通过SX1261/SX1262共用接收到的信号进行外部信号的评估。SX1261/SX1262与SX1250架构类似，内置DC/DC，以及接收回路是差分的LNA，芯片的控制接口是直接连接外部的，由外部的MCU来控制。时钟与SX1250共用同一颗32M的晶振。

如图5所示，温度传感器STTS751是一颗低电压温度传感器，可以工作在2.25V-3.6V的范围，测量温度范围-40℃-+125℃，精度最高可达0.25℃，IIC的接口，具有多种工作模式。通过测量温度，可以实现接收和发送的功率值的校准，由于使用的TCXO的晶振，所以频率是不用校准的。

如图6所示，扩展MCU为MCU cotex-M芯片7，用于实现接口的协议转换，以及其他相关应用的开发。STM32L412是一颗Cotex-M4的低功耗MCU。在电路中通过SPI连接了基带芯片SX1302、通过IIC连接了温度传感器传感器，MCU的USB、烧写、复位接口连接在了PCIE接收上，同时还连接了SX1261/SX1262的复位引脚。MCU潜在的用途是实现接口的转换，实现USB-SPI功能，方便在其他平台上扩展使用，同时MCU连接了SX1302也可以实现一些其他功能，比如加入SX1302的驱动实现串口发送数据功能等。

如图7所示，接口单元包括mini-Pcie6的标准接口，mini-Pcie6与温度传感器8相连的同时经过LBT射频接收芯片10与声表面波器件3相连。接口单元与温度传感器8、扩展MCU相连，主要是一些接口电路，防护和缓冲等。模块采用mini-PCie接口，这样的接口更加标准化便于实现互联互通。接口是上用到的主要是电源和一些其他的控制和通信引脚，电源引脚做了相应的保护和滤波。通信接口主要用到的是SPI、串口、IIC以及其他通用的IO口，还有JTAG等。

接口定义如下表

其中PI表示电源管脚输入；I表示数字信号输入管脚；O表示数字信号输入管脚；I/O表示数字信号输入/输出管脚；NC表示模块内部悬空，建议做悬空处理。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了射频前端、声表面波器件、PI衰减器、温度传感器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (9)

1.一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，包括电源单元和与电源单元相连的基带单元、射频前端及LBT、接口单元、温度传感器(8)和扩展MCU，所述基带单元与射频前端、接口单元相连，所述接口单元与温度传感器(8)、扩展MCU相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述基带单元包括SX1302基带部分(1)，SX1302基带部分(1)的控制引脚连接射频前端的相关射频芯片、接口芯片和状态指示灯。

3.根据权利要求2所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述射频前端及LBT包括SX1250射频前端(2)、前部模块FEM(4)和板载的LBT射频接收芯片(10)SX1261/SX1262，所述SX1302基带部分(1)一路依次连接SX1250射频前端(2)、声表面波器件(3)和前部模块FEM(4)，另一路依次连接SX1250射频前端(2)、声表面波器件(3)、PI衰减器(11)和前部模块FEM(4)。

4.根据权利要求3所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述接口单元包括mini-Pcie(6)的标准接口，mini-Pcie(6)与温度传感器(8)相连的同时经过LBT射频接收芯片(10)与声表面波器件(3)相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述电源单元包括DC/DC和LDO，DC/DC提供电压为1.2V的电源，LDO提供电压为3.3V的电源，基带单元、射频前端及LBT、接口单元、温度传感器(8)、扩展MCU与电源单元单独连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述扩展MCU为MCU cotex-M芯片(7)。

7.根据权利要求3所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述SX1302基带部分(1)与SX1250射频前端(2)相连的同时与温补晶体振荡器TCXO(9)相连。

8.根据权利要求3所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述前部模块FEM(4)与声表面波器件(3)、PI衰减器(11)相连的同时和天线(5)相连。

9.根据权利要求3所述的一种基于SX1302的多通道LoRa射频收发器，其特征在于，所述前部模块FEM(4)集成功率放大器PA、低噪声放大器LNA和高频开关SW。

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