CN221306122U - 一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超低功耗的大功率远距离l OT通信装置，涉及I OT通信设备技术领域，其目的是在传输距离、通信质量以及制作成本方面进行优化，包括无线微控制模块、电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块；电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块分别连接到所述无线微控制模块。本实用新型具有通信质量好、通信距离远、节约成本的优点。

Description

一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置

技术领域

本实用新型属于IOT通信设备技术领域，尤其是涉及一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置。

背景技术

物联网的根本思想是快速增长的连通性，尤其是通过互联网进行连接的各种各样的嵌入式传感器、设备以及系统，loT不仅包括现有的机器间通信，并延申包括更多的分析及面向消费者的产品。

物联网的发展前景广阔，其作为一项重要的信息技术，已经在各个领域取得了显著的成果。未来，随着技术的不断进步和应用的扩大，物联网将继续发展并呈现出更加智能、安全和可持续的趋势。同时，需要关注安全和隐私保护等问题，加强合作与创新，推动物联网的健康发展，为人们的生活和工作带来更多的便利和智能化服务。

在现有物联网通信技术基础上，还可以在传输距离、通信质量以及制作成本方面进行优化。

实用新型内容

针对背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其可以提升传输距离和通信质量以及降低制作成本。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，包括无线微控制模块、电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块；

所述电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块分别连接到所述无线微控制模块。

优选地，所述无线微控制模块的型号采用CC2630；

所述电源模块包括VDDR模块和VDDS模块，所述VDDR模块和VDDS模块分别连接到所述无线微控制模块的电源端口；

所述无线微控制模块的RF_R端和RF_N端连接所述射频前端模块，VSS段接地，DCOUPL端通过第十二电容接地。

优选地，所述VDDR模块包括VDDR电源、多个电容和电感；

第一电感的一端连接所述无线微控制模块的DCDC_SW端，第一电感的另一端连接VDDR电源、第一电容的第一端、第二电容的第一端、第三电容的第一端和第四电容的第一端，第一电容的第二端、第二电容的第二端、第三电容的第二端和第四电容的第二端接地；

所述第二电容的第一端还连接所述无线微控制模块的VDDR端，所述第三电容的第一端还连接所述无线微控制模块的VDDR_RF端。

优选地，所述VDDS模块包括VDDS电源、多个电容和电感；

第二电感的一端连接VDD端，所述第二电感的一另端连接VDD电源、第五电容的第一端、第六电容的第一端、第七电容的第一端、第八电容的第一端和第九电容的第一端，第五电容的第二端、第六电容的第二端、第七电容的第二端、第八电容的第二端和第九电容的第二端接地；

所述无线微控制模块的VDDS2端连接所述第五电容的第一端，VDDS3端连接第六电容的第一端，VDDS端连接第七电容的第一端，VDDS_DCDC端连接第八电容的第一端。

优选地，所述低速晶振电路包括第一晶体和多个电容；所述第一晶体的频率为32.769KHz；

所述无线微控制模块的X32K_Q1端和X32K_Q2端分别连接所述第一晶体的第一端和第二端，所述第一晶体的第一端和第二端还分别连接第十电容的第一端和第十一电容的第一端，第十电容的第二端和第十一电容的第二端接地。

优选地，所述高速晶振电路包括第二晶体和多个电容；所述第二晶体的频率为24MHz；

所述无线微控制模块的X24M_N端和X24M_Q端分别连接所述第二晶体的第一端和第二端，所述第二晶体的第一端和第二端分别连接第十三电容的第一端和第十四电容的第一端，第十三电容的第二端、第十四电容的第二端、所述第二晶体的第三端和第四端接地。

优选地，所述射频前端模块的型号采用CC2592；

所述射频前端模块的RF_N端和RF_P端连接到所述无线微控制模块，且RF_N端和RF_P端之间跨接第三电感。

优选地，所述射频前端模块的连接电路为：所述射频前端模块的多个GND端均接地；所述射频前端模块的PA_EN端、LNA_EN端、HGM端、BIAS端分别连接第一电阻的第一端、第二电阻的第一端、第三电阻的第一端、第四电阻的第一端，第一电阻的第二端连接第十七电容的第一端，第二电阻的第二端连接第十六电容的第一端，第三电阻的第二端连接第十五电容的第一端，第四电阻的第二端、第十五电容的第二端、第十六电容的第二端和第十七电容的第二端接地；

所述射频前端模块的VDD_PA端、VDD_BIAS端、VDD_LNA端共同连接第二十二电容的一端、第二十三电容一端、第二十四电容的一端和第四电感的一端，第二十二电容的另一端、第二十三电容的另一端、第二十四电容的另一端均接地，所述射频前端模块的ANT端连接第十八电容的一端、第四电感的另一端和第五电感的一端，第五电感的另一端连接第十九电容的一端和第六电感的一端，第六电感的另一端连接第二十电容的一端和第二十一电容的一端，第二十一电容的另一端连接第七电感的一端、第五电阻的一端和第六电阻的一端；

第五电阻的另一端连接第二天线模块，第六电阻的另一端连接第一天线模块，第一天线模块和第二天线模块分别接地；

第十八电容的另一端、第十九电容的另一端、第二十电容的另一端和第七电感的另一端分别接地。

本实用新型具有如下优点和有益效果：

基于本实施例的通信装置，1.PA打开时可以放大模块的功率，LNA打开时可以提高模块的接收灵敏度，具备提升传输的距离的效果的优点；

本实用新型选用的器件都是低功耗器件，在低功耗状态下cc2592功耗为0.1uA，cc2630功耗约1至3uA，也可增加电源的使用寿命；

本实用新型通信距离增加，在产品使用范围较广的情况下，可以减少中间路由等中转设备的加入，从而进一步减少通信搭建消耗成本；

本实用新型结构较为简单，搭建容易，设备成本较低，具备很高的性价比，有助于实施和推广。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的超低功耗的大功率远距离lOT通信装置的电路原理示意图；

图2为本实用新型实施例2提供的无线微控制模块的电路接线示意图；

图3为本实用新型实施例2提供的无线微控制模块的VDDR模块的接线示意图；

图4为本实用新型实施例2提供的无线微控制模块的VDDS模块的接线示意图；

图5为本实用新型实施例3提供的射频前端模块的电路接线示意图；

图标：R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，C5-第五电容，C6-第六电容，C7-第七电容，C8-第八电容，C9-第九电容，C10-第十电容，C11-第十一电容，C12-第十二电容，C13-第十三电容，C14-第十四电容，C15-第十五电容，C16-第十六电容，C17-第十七电容，C18-第十八电容，C19-第十九电容，C20-第二十电容，C21-第二十一电容，C22-第二十二电容，C23-第二十三电容，C24-第二十四电容，L1-第一电感，L2-第二电感，L3-第三电感，L4-第四电感，L5-第五电感，L6-第六电感，L7-第七电感，ANT1-第一天线模块，ANT2-第二天线模块，XT1-第一晶体，XT2-第二晶体。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，参阅图1，包括无线微控制模块、电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块；

所述电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块分别连接到所述无线微控制模块。

基于本实施例的超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其工作方式如下：

上电后开始初始化，当连上网络，并创建socket之后模块就进入休眠模式降低功耗，在此期间存在一个定时器会周期性唤醒，并开启LNA接收数据，当接收到需要数据交互的数据或指令时，进行一系列的操作，最后打开PA返回互联网数据，并再次进入休眠模式，等待下一次数据交互。

此外，一般来说，低速晶振电路适用于低频率应用，通常在几千赫兹到几十兆赫兹范围内工作。而高速晶振电路则适用于高频率应用，通常在几十兆赫兹到几个千兆赫兹范围内工作。

实施例2

本实施例基于实施例1的技术方案，对无线微控制模块的相关连接做进一步说明。

作为本实施例的优选方案，所述无线微控制模块的型号采用CC2630；

参阅图2、图3和图4，所述电源模块包括VDDR模块和VDDS模块，所述VDDR模块和VDDS模块分别连接到所述无线微控制模块的电源端口；

所述无线微控制模块的RF_R端和RF_N端连接所述射频前端模块，VSS段接地，DCOUPL端通过第十二电容C12接地。

在本实施例中，所述VDDR模块包括VDDR电源、多个电容和电感；

第一电感L1的一端连接所述无线微控制模块的DCDC_SW端，第一电感L1的另一端连接VDDR电源、第一电容C1的第一端、第二电容C2的第一端、第三电容C3的第一端和第四电容C4的第一端，第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端、第三电容C3的第二端和第四电容C4的第二端接地；

所述第二电容C2的第一端还连接所述无线微控制模块的VDDR端，所述第三电容C3的第一端还连接所述无线微控制模块的VDDR_RF端。

另一方面，所述VDDS模块包括VDDS电源、多个电容和电感；

第二电感L2的一端连接VDD端，所述第二电感L2的一另端连接VDD电源、第五电容C5的第一端、第六电容C6的第一端、第七电容C7的第一端、第八电容C8的第一端和第九电容C9的第一端，第五电容C5的第二端、第六电容C6的第二端、第七电容C7的第二端、第八电容C8的第二端和第九电容C9的第二端接地；

所述无线微控制模块的VDDS2端连接所述第五电容C5的第一端，VDDS3端连接第六电容C6的第一端，VDDS端连接第七电容C7的第一端，VDDS_DCDC端连接第八电容C8的第一端。

进一步地，所述低速晶振电路包括第一晶体XT1和多个电容；所述第一晶体XT1的频率为32.769KHz；

所述无线微控制模块的X32K_Q1端和X32K_Q2端分别连接所述第一晶体XT1的第一端和第二端，所述第一晶体XT1的第一端和第二端还分别连接第十电容C10的第一端和第十一电容C11的第一端，第十电容C10的第二端和第十一电容C11的第二端接地。

此外，所述高速晶振电路包括第二晶体XT2和多个电容；所述第二晶体XT2的频率为24MHz；

所述无线微控制模块的X24M_N端和X24M_Q端分别连接所述第二晶体XT2的第一端和第二端，所述第二晶体XT2的第一端和第二端分别连接第十三电容C13的第一端和第十四电容C14的第一端，第十三电容C13的第二端、第十四电容C14的第二端、所述第二晶体XT2的第三端和第四端接地。

本实施例所采用的CC2630器件是一款无线微控制模块，主要适用于ZigBee和6LoWPAN应用。它具有极低的有源RF和MCU电流以及低功耗模式流耗，可确保卓越的电池使用寿命，适合小型纽扣电池供电以及在能源采集型应用中使用。

在本实施例的电路设计中，采用的是DC-DC电源工作模式。CC2630的DCDC_SW引脚电路外置10uH的第一电感L1，给VDDR端和VDDR_RF端提供工作电源，每个管脚出所对应的第二电容C2和第三电容C3等作为退偶电容工作。VDD给无线微控制模块的IO口供电，连接引脚出对应的第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8等作为退偶电容。

实施例3

本实施例基于实施例1的技术方案，对射频前端模块的相关连接做进一步说明。

在本实施例中，所述射频前端模块的型号采用CC2592；

参阅图5，所述射频前端模块的RF_N端和RF_P端连接到所述无线微控制模块，且RF_N端和RF_P端之间跨接第三电感L3。

作为优选方案，所述射频前端模块的连接电路为：所述射频前端模块的多个GND端均接地；所述射频前端模块的PA_EN端、LNA_EN端、HGM端、BIAS端分别连接第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端、第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第一端，第一电阻R1的第二端连接第十七电容C17的第一端，第二电阻R2的第二端连接第十六电容C16的第一端，第三电阻R3的第二端连接第十五电容C15的第一端，第四电阻R4的第二端、第十五电容C15的第二端、第十六电容C16的第二端和第十七电容C17的第二端接地；

所述射频前端模块的VDD_PA端、VDD_BIAS端、VDD_LNA端共同连接第二十二电容C22的一端、第二十三电容C23一端、第二十四电容C24的一端和第四电感L4的一端，第二十二电容C22的另一端、第二十三电容C23的另一端、第二十四电容C24的另一端均接地，所述射频前端模块的ANT端连接第十八电容C18的一端、第四电感L4的另一端和第五电感L5的一端，第五电感L5的另一端连接第十九电容C19的一端和第六电感L6的一端，第六电感L6的另一端连接第二十电容C20的一端和第二十一电容C21的一端，第二十一电容C21的另一端连接第七电感L7的一端、第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端；

第五电阻R5的另一端连接第二天线模块ANT2，第六电阻R6的另一端连接第一天线模块ANT1，第一天线模块ANT1和第二天线模块ANT2分别接地；

第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端、第二十电容C20的另一端和第七电感L7的另一端分别接地。

本实施例所采用的CC2592器件是一款针对低功率和低压2.4GHz无线应用的经济高效且高性能的射频前端。其外部供电可以支持2.0V至3.7V。

在本实施例中，其VDD_PA端、VDD_BIAS端、VDD_LNA端另外下接了10uF的第二十二电容C22、1nF第二十四电容C24、12pF的第二十三电容C23作为退偶电容；VDD端同时串联了一个4.7nH的电感，用来遏制射频信号对电源的干扰。RF_N端和RF_P端接收前级的无线微控模块输入的5dBm的输入信号，经过CC2592的放大，从ANT端输出，其中第十八电容C18和第五电感L5是用来匹配输出功率，从而达到一个50欧姆的阻抗，达到最大输出，第十九电容C19、第二十电容C20是用来对非谐波杂散进行抑制，以减小对其他频段的干扰，第二十一电容C21可以起到一个隔直的作用，隔离外部直流部分，同时也可以在做选频的作用，更好的满足2.4GHz的信号通过。第七电感L7是一个对地电感，可以起到一个ESD静电防护作用，同时起到一个EMC的作用。

特别说明的是本实施例还做了兼容设计，进而满足不同场景的使用需求，具体而言，这里采用第五电阻R5和第六电阻R6跳接的方式，当接第六电阻R6时，连接IPX，用户可以通过IPX使用自己的天线，当接第五电阻R5的时候，使用的PCB板载天线。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于:包括无线微控制模块、电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块；

所述电源模块、串口电路、复位电路、低速晶振电路、高速晶振电路和射频前端模块分别连接到所述无线微控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于：所述无线微控制模块的型号采用CC2630；

所述电源模块包括VDDR模块和VDDS模块，所述VDDR模块和VDDS模块分别连接到所述无线微控制模块的电源端口；

所述无线微控制模块的RF_R端和RF_N端连接所述射频前端模块，VSS段接地，DCOUPL端通过第十二电容接地。

3.根据权利要求2所述的一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于：所述VDDR模块包括VDDR电源、多个电容和电感；

第一电感的一端连接所述无线微控制模块的DCDC_SW端，第一电感的另一端连接VDDR电源、第一电容的第一端、第二电容的第一端、第三电容的第一端和第四电容的第一端，第一电容的第二端、第二电容的第二端、第三电容的第二端和第四电容的第二端接地；

所述第二电容的第一端还连接所述无线微控制模块的VDDR端，所述第三电容的第一端还连接所述无线微控制模块的VDDR_RF端。

4.根据权利要求3所述的一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于：所述VDDS模块包括VDDS电源、多个电容和电感；

第二电感的一端连接VDD端，所述第二电感的一另端连接VDD电源、第五电容的第一端、第六电容的第一端、第七电容的第一端、第八电容的第一端和第九电容的第一端，第五电容的第二端、第六电容的第二端、第七电容的第二端、第八电容的第二端和第九电容的第二端接地；

所述无线微控制模块的VDDS2端连接所述第五电容的第一端，VDDS3端连接第六电容的第一端，VDDS端连接第七电容的第一端，VDDS_DCDC端连接第八电容的第一端。

5.根据权利要求4所述的一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于：所述低速晶振电路包括第一晶体和多个电容；所述第一晶体的频率为32.769KHz；

所述无线微控制模块的X32K_Q1端和X32K_Q2端分别连接所述第一晶体的第一端和第二端，所述第一晶体的第一端和第二端还分别连接第十电容的第一端和第十一电容的第一端，第十电容的第二端和第十一电容的第二端接地。

6.根据权利要求5所述的一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于：所述高速晶振电路包括第二晶体和多个电容；所述第二晶体的频率为24MHz；

所述无线微控制模块的X24M_N端和X24M_Q端分别连接所述第二晶体的第一端和第二端，所述第二晶体的第一端和第二端分别连接第十三电容的第一端和第十四电容的第一端，第十三电容的第二端、第十四电容的第二端、所述第二晶体的第三端和第四端接地。

7.根据权利要求1所述的一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于：所述射频前端模块的型号采用CC2592；

所述射频前端模块的RF_N端和RF_P端连接到所述无线微控制模块，且RF_N端和RF_P端之间跨接第三电感。

8.根据权利要求1所述的一种超低功耗的大功率远距离lOT通信装置，其特征在于，所述射频前端模块的连接电路为：所述射频前端模块的多个GND端均接地；所述射频前端模块的PA_EN端、LNA_EN端、HGM端、BIAS端分别连接第一电阻的第一端、第二电阻的第一端、第三电阻的第一端、

第四电阻的第一端，第一电阻的第二端连接第十七电容的第一端，第二电阻的第二端连接第十六电容的第一端，第三电阻的第二端连接第十五电容的第一端，第四电阻的第二端、第十五电容的第二端、第十六电容的第二端和第十七电容的第二端接地；

所述射频前端模块的VDD_PA端、VDD_BIAS端、VDD_LNA端共同连接第二十二电容的一端、第二十三电容一端、第二十四电容的一端和第四电感的一端，第二十二电容的另一端、第二十三电容的另一端、第二十四电容的另一端均接地，所述射频前端模块的ANT端连接第十八电容的一端、第四电感的另一端和第五电感的一端，第五电感的另一端连接第十九电容的一端和第六电感的一端，第六电感的另一端连接第二十电容的一端和第二十一电容的一端，第二十一电容的另一端连接第七电感的一端、第五电阻的一端和第六电阻的一端；

第五电阻的另一端连接第二天线模块，第六电阻的另一端连接第一天线模块，第一天线模块和第二天线模块分别接地；

第十八电容的另一端、第十九电容的另一端、第二十电容的另一端和第七电感的另一端分别接地。