CN220586272U - 大功率无线通信模块、系统和通信设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供大功率无线无线通信模块、系统和通信设备，所述大功率无线通信模块，包括开关电源电路；所述开关电源电路包括电源芯片U1、电容C6、电容C18、电阻R2和电阻R4；所述电源芯片U1的FB引脚分三路，第一路经由所述电容C18接地，第二路经由所述电阻R4接地，第三路经由所述电阻R2连接输出端VCC；所述电容C6与所述电阻R2并联连接；模块还包括一系列滤波电路；以及利用RF模块的背面覆铜地与电源底板覆铜地形成一个屏蔽效应。本实用新型分别从结构和电路两方面减小无线系统的电源纹波，特别是瞬态发射时的纹波。将能够使得电路系统工作更加稳定，同时有利于提高无线通信模块、系统和通信设备的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信领域，具体涉及大功率无线无线通信模块、系统和通信设备。
背景技术
目前大部分Sub-1G无线通信方案的最大发射功率都在20dBm(100mW)以内，其在当前复杂的城市环境中的有效通信距离普遍在500米以内。因此需要密集部署中继器或集中器才能保障无线通信系统的网络质量。为压缩网络设备部署成本，减少楼宇公共资源的占用，在获得无线电管理委员会许可的情况下，通常会提高发射功率来实现通信距离的有效增加。已知无线功率每提升3dBm，其功率就会提升一倍，比如27dBm(500mW)的无线模块功耗是20dBm的5倍，30dBm(1000mW)的无线模块功率是20dBm的10倍。
无线功率的提高虽然可以有效提升通信距离，但其带来的传导或辐射干扰也会相应的提高。特别是使用内置天线方案时，天线距电源电路更近，PCB上的任何环路都容易感应到天线辐射功率。特别是电源反馈回路受到干扰时，经过电源IC内部运放反馈后干扰值会被放大，产生纹波。另外，直接辐射在电源环路上，也会产生纹波。再有，无线模块功耗还有一个特点，常态工作时电流很小，发射瞬间电流很大，因此发射瞬间极易因电源芯片负载响应度不够而导致电压波动，产生纹波。
综合来看，发射期间的电源纹波大小是评价无线系统电源设计优劣的一个重要指标。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供大功率无线无线通信模块、系统和通信设备，能有效减少电源纹波，增强电源稳定性。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第一个技术方案为：
大功率无线通信模块，包括开关电源电路；所述开关电源电路包括电源芯片U1、电容C6、电容C18、电阻R2和电阻R4；
所述电源芯片U1的FB引脚分三路，第一路经由所述电容C18接地，第二路经由所述电阻R4接地，第三路经由所述电阻R2连接输出端VCC；所述电容C6与所述电阻R2并联连接。
优选地，还包括主路滤波电路、大功率支路滤波电路、小功率支路滤波电路、MCU支路滤波电路和RF模块；
所述主路滤波电路的一端连接所述输出端VCC，另一端分别连接所述大功率支路滤波电路、小功率支路滤波电路和MCU支路滤波电路后，再与所述RF模块连接。
优选地，所述主路滤波电路包括电感L3和电容C13；所述电感L3的一端连接所述输出端VCC，另一端经由所述电容C13接地。
优选地，所述RF模块包括大功率射频功率放大器；所述大功率支路滤波电路包括电感L2、电容C9和电容C10；所述电感L2的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述大功率射频功率放大器；所述电容C9的一端和所述电容C10的一端分别连接所述电感L2的两端，所述电容C9的另一端和所述电容C10的另一端接地。
优选地，所述RF模块包括小功率射频功率放大器；所述小功率支路滤波电路包括电感L4和电容C12；所述电感L4的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述小功率射频功率放大器；所述电容C12的一端连接至所述电感L4和所述小功率射频功率放大器之间，另一端接地。
优选地，所述RF模块包括MCU；所述MCU支路滤波电路包括电感L5、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；所述电容C14、电容C15、电容C16和电容C17分别并联连接在所述主路滤波电路的输出端和接地端之间；所述电感L5连接在所述电容C14和所述电容C15之间；所述MCU连接在所述C15和所述电容C16之间。
优选地，还包括PCB底板和RF模块；所述PCB底板上设有对应所述开关电源电路的覆铜区域；所述RF模块设于所述PCB底板上，且所述RF模块的覆铜背面与所述覆铜区域相对。
优选地，还包括天线；所述天线设于所述PCB底板上，且与所述RF模块连接。
本实用新型采用的第二个技术方案为：
大功率无线通信系统，包括上述大功率无线通信模块。
通信设备，包括上述大功率无线通信模块。
本实用新型的有益效果在于：本实施例首先从电路原理角度出发，通过减小开关电源电路的异常纹波来达到纹波优化效果。具体通过提高电源芯片的负载响应度以及避免辐射噪声耦合到电源芯片两方面进行优化；又通过减小主回路及各支路的纹波噪声来进一步降低纹波影响。具体通过分别设计对应主回路和三个支路的滤波电路来对应性滤波降噪。其次，还从结构角度出发，通过利用RF模块背面地与PCB上的电源覆铜地形成一个屏蔽效应，以极大地减弱RF辐射干扰。由此，本实用新型能够做到有效地减弱电源纹波带来的干扰，特别是瞬态发射时的纹波影响，从而大大增强大功率无线通信模块中电源及整体的稳定性，进而达到有效延长通信模块使用寿命的效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例提出的开关电源电路的电路结构示意图；
图2为本实用新型实施例提出的滤波电路组合结合示意图；
图3为图2滤波电路组合的具体电路结构示意图；
图4为本实用新型实施例提出的大功率无线通信模块的PCB结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本实用新型最关键的构思在于：从电路原理出发，通过减小开关电源电路的纹波，以达到电源纹波优化效果。
请参照图1至图4，本实用新型提供一种大功率无线通信模块，包括开关电源电路；所述开关电源电路包括电源芯片U1、电容C6、电容C18、电阻R2和电阻R4；
所述电源芯片U1的FB引脚分三路，第一路经由所述电容C18接地，第二路经由所述电阻R4接地，第三路经由所述电阻R2连接输出端VCC；所述电容C6与所述电阻R2并联连接。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：从电路原理出发，通过减小开关电源电路的异常纹波来达到纹波优化效果。具体通过提高电源芯片的负载响应度以及避免辐射噪声耦合到电源芯片来两方面进行优化。
进一步的，还包括主路滤波电路、大功率支路滤波电路、小功率支路滤波电路、MCU支路滤波电路和RF模块；
所述主路滤波电路的一端连接所述输出端VCC，另一端分别连接所述大功率支路滤波电路、小功率支路滤波电路和MCU支路滤波电路后，再与所述RF模块连接。
由上述描述可知，提供一系列滤波电路，以对主回路及三支分路分别进行纹波滤波处理，进一步减小无线通信系统的纹波影响。
进一步的，所述主路滤波电路包括电感L3、电容C11和电容C13；所述电感L3的一端连接所述输出端VCC，另一端分别经由所述电容C13和所述电容C13接地。
由上述描述可知，针对主回路上的纹波噪声主要来自电源芯片U1内部的开关通断，因此由电感L3和电容C13构成主回路的LC低通滤波器，以有效滤除电源芯片U1内部几十kHz到几百KHz的开关产生的纹波噪声。
进一步的，所述RF模块包括大功率射频功率放大器；所述大功率支路滤波电路包括电感L2、电容C9和电容C10；所述电感L2的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述大功率射频功率放大器；所述电容C9的一端和所述电容C10的一端分别连接所述电感L2的两端，所述电容C9的另一端和所述电容C10的另一端接地。
由上述描述可知，针对27dB PA支路上的纹波噪声来源主要是PA内部晶体管寄生电容以及该支路工作电流大的属性，通过使用电感L2、电容C9和电容C10构成π型滤波器，以滤除大功率PA电路产生的169MHz及其倍频杂散产生的传导噪声，避免耦合到其它支路。
进一步的，所述RF模块包括小功率射频功率放大器；所述小功率支路滤波电路包括电感L4和电容C12；所述电感L4的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述小功率射频功率放大器；所述电容C12的一端连接至所述电感L4和所述小功率射频功率放大器之间，另一端接地。
由上述描述可知，针对20dB PA支路上的纹波噪声来源主要是PA内部晶体管寄生电容以及该支路功率较小的属性，通过使用电感L4和电容C12构成LC低通滤波器，以滤除小功率PA电路产生的169MHz及其倍频杂散产生的传导噪声，避免耦合到其它支路。
进一步的，所述RF模块包括MCU；所述MCU支路滤波电路包括电感L5、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；所述电容C14、电容C15、电容C16和电容C17分别并联连接在所述主路滤波电路的输出端和接地端之间；所述电感L5连接在所述电容C14和所述电容C15之间；所述MCU连接在所述C15和所述电容C16之间。
由上述描述可知，针对MCU支路，通过电感L5、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17构成MCU电源支路的滤波回路，不同电容组合可滤除几百K到几百M耦合入MCU的噪声，提高MCU工作的稳定性。
进一步的，还包括PCB底板和RF模块；所述PCB底板上设有对应所述开关电源电路的覆铜区域；所述RF模块设于所述PCB底板上，且所述RF模块的覆铜背面与所述覆铜区域相对。
由上述描述可知，从PCB结构角度出发，利用RF模块背面地与电源底板覆铜地形成一个屏蔽效应，极大减弱RF辐射干扰。
进一步的，还包括天线；所述天线设于所述PCB底板上，且与所述RF模块连接。
本实用新型还提供大功率无线通信系统，包括上述大功率无线通信模块。
本实用新型还提供通信设备，包括上述大功率无线通信模块。
请参照图1，本实用新型的实施例一为：
本实施例提供一种大功率无线通信模块，包括如图1所示的开关电源电路；所述开关电源电路包括电源芯片U1、电容C6、电容C18、电阻R2和电阻R4；
所述电源芯片U1的FB引脚分三路，第一路经由所述电容C18接地，第二路经由所述电阻R4接地，第三路经由所述电阻R2连接输出端VCC；所述电容C6与所述电阻R2并联连接。
在本实施例中，考虑大功率无线通信模块受负载影响，其开关电源电路产生异常纹波影响因素主要有：1、无线通信模块发射瞬间电流很大，常态电流很小，电流瞬间增大而开关电源响应慢便会导致电压波动产生纹波；2、开关电源反馈引脚(即电源芯片U1的5号引脚/FB引脚)电路会耦合入无线辐射噪声，而耦合入的无线噪声会因开关电源内部的集成运放放大而放大，导致输出电压纹波变大。
因此，本实施例针对电源芯片端，分别对应解决上述两个因素以减小纹波影响的方法分别是：1、提高电源的负载响应度：具体通过加入前馈电容C6与反馈电阻R2、R4形成新的零点和极点，环路相位裕量提升，使电源负载瞬态响应速度更快，从而减小负载电流变化快产生的纹波；2、避免辐射噪声耦合到电源芯片U1引脚5号引脚/FB反馈引脚：具体通过为耦合入的辐射噪声提供泄放路径，将FB引脚并入滤波电容C18，为169MHz辐射噪声提供泄放路径，从而减少FB引脚噪声。
可选地，所述电容C6的电容量为47pF；所述电容C18的电容量为4.7nF。
可选地，所述电源芯片U1的型号为MP1482，输入电压4.75-18V，最大输出电流2A，开关频率340KHz。
本实施例从电路原理角度出发，通过减小开关电源电路的异常纹波来达到纹波优化效果。具体通过提高电源芯片的负载响应度以及避免辐射噪声耦合到电源芯片两方面进行优化。
请参照图2和图3，本实用新型的实施例二为：
本实施例基于上述实施例一，继续从电路原理角度出发，通过减小主回路及各支路的纹波噪声来进一步降低纹波影响。
具体而言，如图2所示，本实施例的大功率无线通信模块除了包括开关电源电路1还包括主路滤波电路2、大功率支路滤波电路3、小功率支路滤波电路4、MCU支路滤波电路5和RF模块6；
所述主路滤波电路2的一端连接所述输出端VCC，另一端分别连接所述大功率支路滤波电路3、小功率支路滤波电路4和MCU支路滤波电路5后，再与所述RF模块6连接。
其中，所述主路滤波电路2用于对主回路进行滤波降噪处理。开关电源电路出来后即进入主回路，主回路上的纹波噪声来源主要是电源芯片U1自身内部开关通断产生。
在本实施例的一些具体实施方式中，所述主路滤波电路包括电感L3和电容C13；所述电感L3的一端连接电源芯片U1的输出端VCC，另一端经由所述电容C13接地。
在此，通过由电感L3和电容C13构成电源主回路的LC低通滤波器，3dB截止点为5.03kHz，主要滤除开关电源芯片U1内部几十kHz到几百KHz的开关产生的纹波噪声。
可选地，所述主路滤波电路还包括电容C11；所述电容C11与所述电容C13并联连接。
可选地，所述电感L3的电感值为10uH；所述电容C13的电容值为100uF；所述电容C11的电容值为4.7nF。
其中，所述大功率支路滤波电路又称为27dBm PA支路滤波电路，用于对大功率射频功率放大器PA，即27dBm PA支路进行滤波降噪处理。所述27dBm PA支路的纹波噪声来源主要是RF PA(大功率射频功率放大器)内部晶体管的寄生电容，噪声频率通常是169MHz同频率或其倍频点，因该支路工作电流太大，峰值可达800mA，因此电感值不能太大。
在本实施例的一些具体实施方式中，如图3所示，所述大功率支路滤波电路包括电感L2、电容C9和电容C10；所述电感L2的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述大功率射频功率放大器，即27dBm PA；所述电容C9的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端接地；所述电容C10的一端连接所述所述大功率射频功率放大器，另一端接地。
在此，通过使用电感L2、电容C9和电容C10构成27dBm大功率PA电源支路的π型滤波器，主要滤除大功率PA电路产生的169MHz及其倍频杂散产生的传导噪声，避免耦合到其它支路。
可选地，所述电感L2的电感值为10nH；所述电容C9的电容值为4.7uF；所述C10的电容值为4.7nF。
其中，所述小功率支路滤波电路又称为20dBm PA支路滤波电路，用于对小功率射频功率放大器PA，即20dBm PA支路进行滤波降噪处理。所述20dBm PA支路的纹波噪声来源主要是RF PA(小功率射频功率放大器)内部晶体管的寄生电容，此支路功率较小，峰值电流100mA。
在本实施例的一些具体实施方式中，如图3所示，所述小功率支路滤波电路4包括电感L4和电容C12；所述电感L4的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述小功率射频功率放大器，即20dBm PA；所述电容C12的一端连接至所述电感L4所述的另一端，所述电容C12的另一端接地。
在此，通过由电感L4和电容C12构成20dBm小功率PA电源支路的LC低通滤波器，3dB截止点为18.64MHz，以针对性滤除小功率PA电源支路产生的169MHz及其倍频杂散产生的传导噪声，避免耦合到其它支路。
可选地，所述电感L4的电感值为270nH；所述电容C12的电容值为270pF。
其中，所述MCU支路滤波电路5，用于对MCU支路进行滤波降噪处理。
在本实施例的一些具体实施方式中，如图3所示，所述MCU支路滤波电路包括电感L5、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；所述电容C14、电容C15、电容C16和电容C17分别并联连接在所述主路滤波电路的输出端和接地端之间；所述电感L5连接在所述电容C14和所述电容C15之间；所述MCU连接在所述C15和所述电容C16之间。
在此，通过由电容C14、电感L5、电容C15、电容C16、电容C17构成MCU电源支路的滤波回路，通过不同电容组合可滤除几百K到几百M耦合入MCU的噪声，提高MCU工作的稳定性。
可选地，所述电容C14的电容值为10uF；电感L5的电感值为4.7uH；电容C15的电容值为0.1uF；电容C16的电容值为1nF；电容C17的电容值为100pF。
在本实施例中，通过设计一系列滤波电路，以分别针对主回路及三个支路的滤波电路来对应性滤波降噪处理，从而最大限度地降低无线通信模块中的电源纹波影响，特别是瞬态发射时的纹波。以此大大增强电源的稳定性，进而增加大功率无线通信模块的稳定性及使用寿命。
请参阅图4，本实用新型的实施例三为
本实施例基于上述实施例一或实施例二，进一步从PCB结构角度出发来降低电源纹波影响。
如图4所示，本实施例所述大功率无线通信模块还包括PCB底板和RF模块；所述PCB底板上设有对应所述开关电源电路的覆铜区域，即电源底板覆铜地；所述RF模块设于所述PCB底板上，且所述RF模块的覆铜背面与所述覆铜区域相对应。即言，所述RF模块的背面覆铜地与所述电源底板覆铜地面对面设置。利用RF模块的背面覆铜地与所述电源底板覆铜地形成一个屏蔽效应，从而达到极大减弱RF辐射干扰，减小电源纹波影响。
本实施例从PCB结构角度出发，考虑RF模块发射时，天线周边会产生很强的辐射电磁场，当电路上的环路或微带线接收到辐射电磁场后会产生电流噪声，从而产生电源纹波，因此需要尽可能地避免线路受电磁辐射。现有技术的大部分模块厂商是使用屏蔽盖的方式来克服，而本实施例提供的大功率无线通信模块，利用PCB结构的布局方式，即利用RF模块背面覆铜箔地与电源底板覆铜地相对应来达到屏蔽效果，以此屏蔽线路受电磁辐射影响。
在本实施例的一些具体实施方式中，所述RF模块正面最高器件为1.8mm,背面为覆铜地，可以利用2mm塑高排针将RF模块背面朝上焊接到电源底板，并且电源底板在对应RF模块的位置上覆铜。此时RF线路顶层和底层分别受RF模块背面覆铜箔地与电源底板覆铜地包围，而四周仅有2mm的缝隙，远小于169MHz频段的1/4波长0.4425米，能有效屏蔽电磁辐射。
在本实施例的一些具体实施方式中，所述大功率无线通信模块还包括天线；所述天线设于所述PCB底板上，且与所述RF模块连接。
本实施例区别于传统的屏蔽盖设计，由于改用阻容感滤波方案，将能够在一定程度上降低整体方案成本。
本实用新型实施例还提供大功率无线通信系统，包括上述任一实施例所述的大功率无线通信模块。所述大功率无线通信模块的具体结构在此不进行复述，详情请参阅上述实施例的记载。
本实用新型实施例还提供通信设备，包括上述大功率无线通信模块。所述大功率无线通信模块的具体结构在此不进行复述，详情请参阅上述实施例的记载。
可选地，所述通信设备包括移动手机、平板、电脑、对讲机、收音机、卫星通信设备、音响等。
综上所述，本实用新型提供的大功率无线无线通信模块、系统和通信设备，分别从结构和电路两方面减小无线系统的电源纹波，特别是瞬态发射时的纹波。将能够使得电路系统工作更加稳定，同时有利于提高无线通信模块、系统和通信设备的使用寿命。特别地，在结构方面，由于取消了传统的屏蔽盖设计，改用阻容感滤波方案，还能够降低整体方案成本。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.大功率无线通信模块，其特征在于，包括开关电源电路；所述开关电源电路包括电源芯片U1、电容C6、电容C18、电阻R2和电阻R4；
所述电源芯片U1的FB引脚分三路，第一路经由所述电容C18接地，第二路经由所述电阻R4接地，第三路经由所述电阻R2连接输出端VCC；所述电容C6与所述电阻R2并联连接。
2.如权利要求1所述的大功率无线通信模块，其特征在于，还包括主路滤波电路、大功率支路滤波电路、小功率支路滤波电路、MCU支路滤波电路和RF模块；
所述主路滤波电路的一端连接所述输出端VCC，另一端分别连接所述大功率支路滤波电路、小功率支路滤波电路和MCU支路滤波电路后，再与所述RF模块连接。
3.如权利要求2所述的大功率无线通信模块，其特征在于，所述主路滤波电路包括电感L3和电容C13；所述电感L3的一端连接所述输出端VCC，另一端经由所述电容C13接地。
4.如权利要求2所述的大功率无线通信模块，其特征在于，所述RF模块包括大功率射频功率放大器；所述大功率支路滤波电路包括电感L2、电容C9和电容C10；所述电感L2的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述大功率射频功率放大器；所述电容C9的一端和所述电容C10的一端分别连接所述电感L2的两端，所述电容C9的另一端和所述电容C10的另一端接地。
5.如权利要求2所述的大功率无线通信模块，其特征在于，所述RF模块包括小功率射频功率放大器；所述小功率支路滤波电路包括电感L4和电容C12；所述电感L4的一端连接所述主路滤波电路的输出端，另一端连接所述小功率射频功率放大器；所述电容C12的一端连接至所述电感L4和所述小功率射频功率放大器之间，另一端接地。
6.如权利要求2所述的大功率无线通信模块，其特征在于，所述RF模块包括MCU；所述MCU支路滤波电路包括电感L5、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；所述电容C14、电容C15、电容C16和电容C17分别并联连接在所述主路滤波电路的输出端和接地端之间；所述电感L5连接在所述电容C14和所述电容C15之间；所述MCU连接在所述C15和所述电容C16之间。
7.如权利要求1所述的大功率无线通信模块，其特征在于，还包括PCB底板和RF模块；所述PCB底板上设有对应所述开关电源电路的覆铜区域；所述RF模块设于所述PCB底板上，且所述RF模块的覆铜背面与所述覆铜区域相对。
8.如权利要求7所述的大功率无线通信模块，其特征在于，还包括天线；所述天线设于所述PCB底板上，且与所述RF模块连接。
9.大功率无线通信系统，其特征在于，包括上述权利要求1至8任意一项所述的大功率无线通信模块。
10.通信设备，其特征在于，包括上述权利要求1至8任意一项所述的大功率无线通信模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322062314.1U CN220586272U (zh) | 2023-08-01 | 2023-08-01 | 大功率无线通信模块、系统和通信设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202322062314.1U CN220586272U (zh) | 2023-08-01 | 2023-08-01 | 大功率无线通信模块、系统和通信设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN220586272U true CN220586272U (zh) | 2024-03-12 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322062314.1U Active CN220586272U (zh) | 2023-08-01 | 2023-08-01 | 大功率无线通信模块、系统和通信设备 |
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