CN213937900U

CN213937900U - 用于230MHz的窄带无线通信模组

Info

Publication number: CN213937900U
Application number: CN202023216347.XU
Authority: CN
Inventors: 杜浩东; 朱艺伟; 江瑾; 磨正坤
Original assignee: Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co Ltd
Current assignee: China Southern Power Grid Digital Grid Technology Guangdong Co ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2030-12-28

Abstract

本申请涉及一种用于230MHz的窄带无线通信模组，包括：用于输出230MHz信号的主控芯片、用于向主控芯片提供工作时钟的晶振匹配电路、射频匹配滤波电路和射频开关电路；射频匹配滤波电路包括隔直滤波电路和谐波滤波电路；其中，晶振匹配电路与主控芯片连接，主控芯片通过隔直滤波电路与谐波滤波电路连接，谐波滤波电路与射频开关电路连接；主控芯片输出调制信号通过隔直滤波电路滤除直流分量后，输入至谐波滤波电路进行谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至射频开关电路进行无线信号的收发；本申请实施例中的窄带无线通信模组能够先滤除主控芯片输出的调制信号的直流分量，再滤除该调制信号的高频分量，得到性能良好的基波信号，能够提高数据收发的效果。

Description

用于230MHz的窄带无线通信模组

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种用于230MHz的窄带无线通信模组。

背景技术

随着窄带无线通信技术的发展，支持不同频段的窄带无线通信模组越来越多。

目前，常见的窄带无线通信模组包括支持137～525MHz频段的窄带无线通信模组，而该窄带无线通信模组主要是针对433MHz频段和470MHz频段使用，以及包括支持137～1020MHz频段的窄带无线通信模组，而该窄带无线通信模组主要是针对868MHz频段和915MHz频段使用，还包括一些专门用于电网领域的230MHz频段的无线通信芯片。

然而，目前支持137～525MHz频段的窄带无线通信模组和支持137～1020MHz频段的窄带无线通信模组，以及专门用于电网领域的230MHz频段的无线通信芯片，虽然能够应用在电网领域，但是对于电网专用领域的230MHz频段的数据收发的效果均不好。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高电网专用领域的230MHz频段的数据收发效果的用于230MHz的窄带无线通信模组。

一种用于230MHz的窄带无线通信模组，包括：用于输出230MHz信号的主控芯片、用于向该主控芯片提供工作时钟的晶振匹配电路、射频匹配滤波电路和射频开关电路；该射频匹配滤波电路包括隔直滤波电路和谐波滤波电路；

其中，该晶振匹配电路与该主控芯片连接，该主控芯片通过该隔直滤波电路与该谐波滤波电路连接，该谐波滤波电路与该射频开关电路连接；

该主控芯片输出调制信号通过该隔直滤波电路滤除直流分量后，输入至该谐波滤波电路进行谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至该射频开关电路进行无线信号的收发。

在其中一个实施例中，该谐波滤波电路包括二阶LC椭圆低通滤波电路和一阶LC低通滤波电路；该隔直滤波电路通过该二阶LC椭圆低通滤波电路与该一阶LC低通滤波电路连接，该一阶LC低通滤波电路与该射频开关电路连接；

该调制信号经过该隔直滤波电路滤除直流信号后，输入至该二阶LC椭圆低通滤波电路进行二次谐波滤波后，再次输入至该一阶LC低通滤波电路进行高次谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至该射频开关电路。

在其中一个实施例中，该二阶LC椭圆低通滤波电路包括LC阻抗匹配电路和二阶椭圆低通滤波电路，该隔直滤波电路通过该LC阻抗匹配电路与该二阶椭圆低通滤波电路连接，该二阶椭圆低通滤波电路与该一阶LC低通滤波电路连接。

在其中一个实施例中，该射频匹配滤波电路还包括巴伦平衡电路，该主控芯片还通过该巴伦平衡电路与该射频开关电路连接。

在其中一个实施例中，用于230MHz的窄带无线通信模组还包括输入/输出(Input/Output，简称IO)控制电路，该IO控制电路与该主控芯片连接，用于获取物联网传感器输入的数据。

在其中一个实施例中，该IO控制电路至少包括集成电路总线(Inter-IntegratedCircuit，简称IIC)接口、串行外围设备(Serial Peripheral interface，简称SPI)接口、通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，简称UART)接口、模数转换器(Analog to Digital Converter，简称ADC)采用IO和外部中断口。

在其中一个实施例中，该IO控制电路包括1组IIC总线接口、1组SPI总线接口、4组UART接口、4个ADC采用IO和5个外部中断口。

在其中一个实施例中，用于230MHz的窄带无线通信模组还包括用于匹配天线的π型匹配电路，该射频开关电路与该π型匹配电路连接。

在其中一个实施例中，用于230MHz的窄带无线通信模组还包括静电保护电路，该π型匹配电路与该静电保护电路连接。

在其中一个实施例中，该主控芯片包括微控制单元(Micro Control Unit，简称MCU)和远距离无线电(Long Range Radio，简称LoRa)射频芯片，该MCU和LoRa射频芯片采用系统级(System In a Package，简称SIP)封装。

上述用于230MHz的窄带无线通信模组，包括：用于输出230MHz信号的主控芯片、用于向该主控芯片提供工作时钟的晶振匹配电路、射频匹配滤波电路和射频开关电路；该射频匹配滤波电路包括隔直滤波电路和谐波滤波电路；其中，该晶振匹配电路与该主控芯片连接，该主控芯片通过该隔直滤波电路与该谐波滤波电路连接，该谐波滤波电路与该射频开关电路连接；该主控芯片输出调制信号通过该隔直滤波电路滤除直流分量后，输入至该谐波滤波电路进行谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至该射频开关电路进行无线信号的收发；也就是说，本申请实施例中通过隔直滤波电路先将主控芯片输出的调制信号的直流分量滤除之后，在将滤除了直流分量的调制信号输入至谐波滤波电路，使得该谐波滤波电路能够滤除该调制信号的谐波信号分量，得到该调制信号的基波信号分量，也就是得到230MHz的基波信号，进而通过射频开关电路实现无线信号的收发，因此，大大提高了电网专用领域的230MHz频段的数据收发效果，提升了230MHz的无线通信性能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图；

图4为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图；

图5为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图；

图6为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图；

图7为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图；

图8为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的尺寸示意图。

附图标记说明：

10：主控芯片；20：晶振匹配电路；30：射频匹配滤波电路；

40：射频开关电路；301：隔直滤波电路；302：谐波滤波电路；

3021：二阶LC椭圆低通滤波电路；3022：一阶LC低通滤波电路；

901：LC阻抗匹配电路；902：二阶椭圆低通滤波电路；

303：巴伦平衡电路；50：IO控制电路；60：π型匹配电路；

70：静电保护电路。

具体实施方式

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

本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组，适用于电网数据的无线收发技术领域，该窄带无线通信模组可以通过230MHz频段的无线信号实现电网领域中不同类型的电表与主站之间的无线数据通讯，提高了电网领域数据收发的效果。

随着智能电网的推进，远程自动抄表系统已经成为电网领域的重要系统，通过无线通讯技术实现智能计量终端与电网主站之间的数据交互；根据国家无线电管理委员会的指标要求，电网领域的主要无线传输频段设置为230MHz，但是现有的窄带无线通信模组多以针对433MHz频段、470MHz频段、868MHz频段或者915MHz频段的模组为主；虽然现有的无线通信模组能够应用在电网领域，实现对电网数据的收发，但是容易造成数据收发的效果不好。

而本申请中的窄带无线通信模组是专门用于230MHz的窄带无线通信模组，该模组采用集成的SiP芯片，其中MCU是基于国产ARM内核芯片，采用通用的软件开发平台，可以简化软件的设计难度；并且根据230MHz频点国家无委会的指标要求，实现无线发送功率、谐波和接收灵敏度指标的调教，使得该模组指标能够达到商业上可通用的要求；另外，采用模组形式，用户不用具备专业的射频知识，也能快速搭建无线产品原型，缩短产品开发周期；同时，本申请的窄带无线通信模组，采用3边邮票孔形式，引出MCU的功能IO，能够提供丰富的IO资源，可以独立用于复杂功能物联网传感方案开发，且能够根据用户需求实现不同的物联网传感器设计方案。

下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

图1为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的结构示意图。如图1所示，该用于230MHz的窄带无线通信模组，包括：用于输出230MHz信号的主控芯片10、用于向该主控芯片提供工作时钟的晶振匹配电路20、射频匹配滤波电路30和射频开关电路40；该射频匹配滤波电路30包括隔直滤波电路301和谐波滤波电路302；其中，该晶振匹配电路20与该主控芯片10连接，该主控芯片10通过该隔直滤波电路301与该谐波滤波电路302连接，该谐波滤波电路302与该射频开关电路40连接；该主控芯片10输出调制信号通过该隔直滤波电路301滤除直流分量后，输入至该谐波滤波电路302进行谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至该射频开关电路40进行无线信号的收发。

可选的，该主控芯片10可以包括核心处理器和射频芯片，其中，该核心处理器可以是MCU、MPU、DSP、CPU等具有数据处理功能的处理器，该射频芯片可以是LoRa射频芯片、NB-IoT射频芯片、ZigBee射频芯片或者RFID射频芯片等；该晶振匹配电路20可以为该核心处理器和射频芯片分别提供工作时钟，能够满足高精度时钟的设计需求，使得主控芯片10可以输出230MHz的调制信号，该230MHz的调制信号可以包括直流分量、基波信号分量以及高次谐波信号分量；射频匹配滤波电路采用耐高温，高精度指标的电容、电感和电阻器件，可以实现230MHz频段的50Ω阻抗匹配以及对230MHz的高次谐波信号的过滤处理，使得用于230MHz的窄带无线通信模组能够在230MHz信号部分有更好的射频性能表现，以及使得该窄带无线通信模组的一致性、发射功率、谐波、接收灵敏度等方面有了更好的表现；主控芯片10可以根据当前无线数据的发送或者接收要求，通过射频开关电路切换不同的通道进行无线数据的收发。

可选地，该隔直滤波电路301可以对主控芯片10输出的230MHz的调制信号进行直流分量的去除，使得该窄带无线通信模组能够在信号发送源端将直流分量去除，减小对射频载波信号的影响；通过谐波滤波电路302对去除了直流分量的230MHz的调制信号进行高次谐波信号分量的滤波，得到230MHz的基波信号，进而将该230MHz的基波信号输入至射频开关电路40进行无线信号的收发。

在本申请的一个可选的实施例中，上述核心处理器可以采用MCU，该主控芯片10可以包括MCU和LoRa射频芯片，该MCU和LoRa射频芯片采用SIP封装；可选地，该主控芯片10可以采用LW3010型SiP芯片，该LW3010型SiP芯片是基于国产高性能ARM内核MCU，并集成大存储空间Flash和RAM，能够提供丰富多功能的IO资源；该LW3010型SiP芯片的尺寸为8*8mm，能够极大地缩小本申请中的窄带无线通信模组的尺寸，本申请中的窄带无线通信模组的尺寸可以实现18*18mm的大小；另外，该LW3010型SiP芯片能够实现对230MHz LoRa无线数据包的调制解调能力，可接收和发送230MHz LoRa数据，MCU核心处理器可根据特定物联网协议对数据进行解析，通过串口发送和接收各类传感器数据，并通过LoRa射频芯片将采集到的数据发送出去。

本申请实施例中，提供的LW3010型SiP芯片集成度高，在进行整体模组设计时，可以针对通信模组低功耗工作特定进行优化，使无线通信模组配合其他低功耗传感器工作时，无需使用大容量电池，也能满足超长续航工作要求。

图2为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图。如图2所示，上述谐波滤波电路302包括二阶LC椭圆低通滤波电路3021和一阶LC低通滤波电路3022；该隔直滤波电路301通过该二阶LC椭圆低通滤波电路3021与该一阶LC低通滤波电路3022连接，该一阶LC低通滤波电路3022与该射频开关电路40连接；该调制信号经过该隔直滤波电路301滤除直流信号后，输入至该二阶LC椭圆低通滤波电路3021进行二次谐波滤波后，再次输入至该一阶LC低通滤波电路3022进行高次谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至该射频开关电路40。

具体地，二阶LC椭圆低通滤波电路3021可以实现230MHz频段的50Ω阻抗匹配，并去除460MHz频段附近的二次谐波信号分量；该二阶LC椭圆低通滤波电路3021，可以采用适当的电感和电容器件，以更好地实现230MHz频段的50Ω阻抗匹配，在相同发射功率的情况下，可以减小10％的发送电流，也可以更好地应用在低功耗或者对功耗有要求的应用场景下；另外，该椭圆低通滤波器在给定阶数和纹波要求的情况下，可以获得极为陡峭的衰减曲线，相比于其它的滤波器，该椭圆低通滤波器可以获得更窄的过渡带宽，以提供更好的低通滤波器效果。

上述一阶LC低通滤波电路3022可以滤除230MHz的高次谐波干扰信号，将该低通滤波器的截止频率设置在230MHz，可以最大限度地滤除高次谐波的干扰信号。

将主控芯片10输出的调制信号经过上述隔直滤波电路301滤除直流信号后，输入至该二阶LC椭圆低通滤波电路3021进行二次谐波信号分量的滤波，再将滤除了二次谐波信号分量的调制信号输入至该一阶LC低通滤波电路3022进行高次谐波信号分量的滤波，以得到230MHz的基波信号后输入至该射频开关电路40，实现230MHz频段的数据的收发。

本申请实施例中，首先通过二阶LC椭圆低通滤波电路将上述去除了直流分量的调制信号的二次谐波信号分量进行滤波，再通过一阶LC低通滤波电路对去除了直流分量和二次谐波信号分量的调制信号进行高次谐波信号分量的滤波，使得该窄带无线通信模组能够得到230MHz的基波信号；通过先滤除二次谐波信号分量，再滤除高次谐波信号分量的方式能够提高对调制信号的滤波效果，提高230MHz频段信号的性能，进而能够提高230MHz频段信号的数据收发效果。

图3为本申请实施例提供的用于230MHz的窄带无线通信模组的另一结构示意图。如图3所示，上述二阶LC椭圆低通滤波电路3021包括LC阻抗匹配电路901和二阶椭圆低通滤波电路902，该隔直滤波电路301通过该LC阻抗匹配电路901与该二阶椭圆低通滤波电路902连接，该二阶椭圆低通滤波电路902与该一阶LC低通滤波电路3022连接。

具体地，将主控芯片10输出的调制信号经过上述隔直滤波电路301滤除直流信号后，输入至该LC阻抗匹配电路901，进行230MHz频段的50Ω阻抗匹配；再经过二阶椭圆低通滤波电路902实现对该调制信号的二次谐波信号分量的滤波；将滤除了二次谐波信号分量的调制信号输入至该一阶LC低通滤波电路3022进行高次谐波信号分量的滤波，以得到230MHz的基波信号后输入至该射频开关电路40，实现230MHz频段数据的收发。

在本申请的一个可选的实施例中，如图4所示，上述射频匹配滤波电路30还包括巴伦平衡电路303，该主控芯片10还通过该巴伦平衡电路303与该射频开关电路40连接；可选地，该巴伦平衡器电路303采用电容和电感器件组成，可以有效地接收230MHz的信号，并将接收到的230MHz的信号转换为差分信号后输入至主控芯片10(也就是上述LW3010芯片)，使得该LW3010芯片能够对该转换后的230MHz的信号进行分析和处理。

在本申请的一个可选的实施例中，如图5所示，上述用于230MHz的窄带无线通信模组还包括IO控制电路50，该IO控制电路50与该主控芯片10连接，用于获取物联网传感器输入的数据。

具体地，该IO控制电路50的引出可以采用3边邮票孔的形式，可以提供至少23个功能IO，可选地，该IO控制电路50可以包括IIC总线接口、SPI总线接口、UART接口、ADC采用IO和外部中断口，以适应广泛的物联网传感器方案的应用。

可选地，该IO控制电路50可以包括1组IIC总线接口、1组SPI总线接口、4组UART接口、4个ADC采用IO和5个外部中断口。

在本申请的一个可选的实施例中，如图6所示，上述用于230MHz的窄带无线通信模组还包括用于匹配天线的π型匹配电路60，该射频开关电路40与该π型匹配电路60连接。可选地，在该窄带无线通信模组的π型匹配电路60中还可以预留一组天线匹配电路，以防止因生产工艺导致的匹配困难等问题，用以辅助实现50Ω的阻抗匹配，更好的实现该窄带无线通信模组在230MHz频段上的射频性能表现。另外，本申请实施例中的窄带无线通信模组可以将无线匹配部分的电路移植到SiP芯片外围，以便该窄带无线通信模组在调试时，可以针对不同的传感器或结构件进行射频调优，还可以灵活配置不同的射频器件，使得该窄带无线通信模组的射频性能达到最优。

在本申请的一个可选的实施例中，如图7所示，上述用于230MHz的窄带无线通信模组还包括静电保护电路70，该π型匹配电路60与该静电保护电路70连接。可选地，该静电保护电路70可以采用高等级的ESD保护器件，可以为天线外露的使用场景提供静电保护支持。

在本申请的一个可选的实施例中，上述用于230MHz的窄带无线通信模组还可以包括屏蔽罩，该屏蔽罩可以采用洋白铜材质，使其具有较好的防氧化特性，同时还可以提升该窄带无线通信模组的抗干扰能力，改善该窄带无线通信模组的射频接收能力。

在本申请的一个可选的实施例中，上述用于230MHz的窄带无线通信模组还可以包括PCB载板，该PCB载板可以采用四层板设计，可以较好地解决阻抗匹配和谐波抑制等设计指标要求。

图8为该用于230MHz的窄带无线通信模组的尺寸图；如图8所示，该窄带无线通信模组的大小可以为24mm*20mm；该用于230MHz的窄带无线通信模组包括：PCB载板、LW3010主控芯片，晶振匹配电路，射频匹配滤波电路，射频开关电路，IO控制电路，π型匹配电路，静电保护电路和屏蔽罩；其中，射频匹配滤波电路包括：隔直滤波电路、二阶LC椭圆低通滤波电路、一阶LC低通滤波电路和巴伦平衡电路。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，包括：用于输出230MHz信号的主控芯片、用于向所述主控芯片提供工作时钟的晶振匹配电路、射频匹配滤波电路和射频开关电路；所述射频匹配滤波电路包括隔直滤波电路和谐波滤波电路；

其中，所述晶振匹配电路与所述主控芯片连接，所述主控芯片通过所述隔直滤波电路与所述谐波滤波电路连接，所述谐波滤波电路与所述射频开关电路连接；

所述主控芯片输出调制信号通过所述隔直滤波电路滤除直流分量后，输入至所述谐波滤波电路进行谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至所述射频开关电路进行无线信号的收发。

2.根据权利要求1所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述谐波滤波电路包括二阶LC椭圆低通滤波电路和一阶LC低通滤波电路；所述隔直滤波电路通过所述二阶LC椭圆低通滤波电路与所述一阶LC低通滤波电路连接，所述一阶LC低通滤波电路与所述射频开关电路连接；

所述调制信号经过所述隔直滤波电路滤除直流信号后，输入至所述二阶LC椭圆低通滤波电路进行二次谐波滤波后，再次输入至所述一阶LC低通滤波电路进行高次谐波滤波，得到230MHz的基波信号后输入至所述射频开关电路。

3.根据权利要求2所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述二阶LC椭圆低通滤波电路包括LC阻抗匹配电路和二阶椭圆低通滤波电路，所述隔直滤波电路通过所述LC阻抗匹配电路与所述二阶椭圆低通滤波电路连接，所述二阶椭圆低通滤波电路与所述一阶LC低通滤波电路连接。

4.根据权利要求3所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述射频匹配滤波电路还包括巴伦平衡电路，所述主控芯片还通过所述巴伦平衡电路与所述射频开关电路连接。

5.根据权利要求4所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述用于230MHz的窄带无线通信模组还包括输入/输出IO控制电路，所述IO控制电路与所述主控芯片连接，用于获取物联网传感器输入的数据。

6.根据权利要求5所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述IO控制电路至少包括集成电路总线IIC接口、串行外围设备SPI接口、通用异步收发器UART接口、模数转换器ADC采用IO和外部中断口。

7.根据权利要求6所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述IO控制电路包括1组IIC总线接口、1组SPI总线接口、4组UART接口、4个ADC采用IO和5个外部中断口。

8.根据权利要求7所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述用于230MHz的窄带无线通信模组还包括用于匹配天线的π型匹配电路，所述射频开关电路与所述π型匹配电路连接。

9.根据权利要求8所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述用于230MHz的窄带无线通信模组还包括静电保护电路，所述π型匹配电路与所述静电保护电路连接。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的用于230MHz的窄带无线通信模组，其特征在于，所述主控芯片包括微控制单元MCU和远距离无线电LoRa射频芯片，所述MCU和LoRa射频芯片采用系统级SIP封装。