Cómo construir su propio módulo NRF24L01 + pa + lna: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

El módulo basado en Nrf24L01 ha sido muy popular porque es fácil de implementar en proyectos de comunicación inalámbrica. El módulo se puede encontrar por menos de 1 $ con una versión impresa en PCB o Antena monopolar. El problema con estos módulos baratos es que tienen muchos problemas y se vuelven fácilmente defectuosos. Principalmente porque el IC no fue fabricado originalmente por Nordicsemi, sino también por la mala calidad de impresión de los PCB.

A lo largo de este artículo, le mostraré cómo construir su propio módulo basado en nrf24L01 y cómo agregar PA (amplificador de potencia), LNA (amplificador de bajo ruido) para extender el rango y la potencia de salida.

Paso 1: circuito de aplicación típico

Aquí está el circuito típico para un módulo basado en nrf24L01; éste se usa comúnmente en módulos comerciales basados en este chip. El circuito contiene algunos condensadores de desacoplamiento conectados entre VDD y tierra. Se utiliza un oscilador de cristal de 16 MHZ y debe cumplir con las especificaciones que se encuentran en la hoja de datos. ANT1 y ANT2 proporcionan salida de RF a la antena, de acuerdo con la hoja de datos, se recomienda una carga de 15ohm + j88ohm para una potencia de salida máxima de 0dbm, se puede obtener una impedancia de carga de 50ohm ajustando una red correspondiente, ANT1 y ANT2 tienen una ruta de CC a VDD_PA (más sobre esto más adelante). Finalmente, un conector SMA conecta el circuito a una antena dipolo.

Paso 2: agregar un módulo frontal para aumentar la potencia y el alcance

El circuito discutido anteriormente tiene 4 niveles de potencia de salida: 0dBm, -6dBm, -12dBm, -18dBm. Los controles de nivel de potencia varían directamente, por supuesto, hay otras características relacionadas con la antena (impedancia, tasa de potencia, tipo …) y con el entorno de propagación, pero centrémonos en el módulo en sí.

Para extender la potencia de salida, se podría utilizar un módulo frontal. Encontré este RFX2401C de Skyworks Solutions simplemente perfecto; es un módulo frontal ZigBee / ISM de 2.4GHZ, con puertos de entrada y salida de 50ohm, 25db de ganancia de señal pequeña y 22dBm de potencia de salida saturada (todas estas características están relacionadas con el modo de transmisión). Skyworks ofrece también una placa de evaluación que ayuda a crear prototipos fácilmente con su IC.

Este módulo tiene una lógica de control relativamente simple (Ver tabla lógica). Para activar la recepción (modo RX), TXEN debe colocarse en BAJO y RXEN en ALTO y para activar la transmisión (modo TX) TXEN en ALTO, el estado de RXEN no es importante. De acuerdo con la hoja de datos nrf24L01, el pin CE debe estar ALTO siempre que el transceptor tenga que ingresar al modo RX. Usando un osciloscopio, he medido el estado del pin VDD_PA, resulta que es ALTO siempre que el transceptor está en modo TX y BAJO en modo RX. De esta manera TXEN debe estar conectado a VDD_PA y RXEN a CE

Paso 3: Lista de materiales

Esta tabla contiene la lista de componentes que necesita para construir este circuito, los he pedido en:

Paso 4: esquemas

Este es el circuito típico de nuestro transceptor con su salida de RF conectada al módulo frontal; éste recibe comandos de los pines VDD_PA y CE, se agregaron algunos capacitores de desacoplamiento. La salida está conectada a un filtro LC discreto con un conector SMA al final.

Paso 5: Conclusión y mejoras

después de extraer los archivos gerber, pedí 10 pcb y soldando usando una plantilla y una estación de reflujo.

Resulta que hacer un circuito de RF de este tipo requiere tener en cuenta cualquier posible interferencia electromagnética, especialmente al realizar el enrutamiento de PCB. Se recomienda encarecidamente un blindaje sin ventilación y conectar este a tierra, lo que ayuda a reducir el acoplamiento capacitivo y magnético entre el módulo y su entorno.