CC BY
43Однокристальные СВЧ трансиверы
фирмы Nordic
Нораежская фирма Nordic производит удобные для применения однокристальные СВЧ трансиверы серии nRFxxx, в которую входит около десяти изделий (nRF0433, nRF401, nRF402, nRF403 и др.). Все эти микросхемы работают по схожему принципу, и в данной статье предлагается описание микросхемы nRF0433. Полную англоязычную информацию по этим микросхемам можно найти на сайте lntp://wwu .nvUi.no
Артем Скворцов
mega103@online.ru
Микросхема и К10433 представляет собой однокристальным СВЧ трансивер. работающий на частоте *133 Ml п < гак наш пае мый ISM — Industrial, Scientific anil Medical Frequency Band индустриальный, научный и медицинский диапазон). Используемый тип модули-пни (:ВЧ -сигнала IS К (Frequency Shift Keying —
частотная манипуляции). Трансивер nRl'0433 сно собен передавать и принимать цифровую последо нательную информацию со скоростью до 9600 бит/с. Мощность передающего гранта может быть установлена пилон, до 10 дБм (т. е. 10 мВт). Микросхема питается от источника напряжения +5 В. Возможные области применения микросхемы:
• системы оповещения и сигнализации;
• домашння .tin ома mi ка;
Таблица 1
10
11
12
13
U
15
16
17
18
1?
20
XCI
VDi/
FIIT2
FILTI
VC01
VC02
V5S
VDD
DIN
OOUT
RF PWR
vss
VDD
VSS
ANT2
ANTI
VSS
VDD
tXEN
XC2
• дистанционное унрапдеиие;
• охранные системы;
• телеметрия;
• игрушки;
• беспроводная связь.
Влок-схема микросхемы представлена на рис. 1.1 В иен использованы следующие сокращении:
I.NA — малошумяппш усилитель;
OSC — тактовый генератор;
I’LL — система фазовой автоподстройки частот» (ФДПЧ);
РА — усилитель мощности.
Микросхема выполнена в 20 контактном корну SOK! с цоколевкой выводов, приведенной в табл.
Технические характеристики (при VDD =1 +5 В. VSS = О В. Г0 = 433.936 MHz. Та =1
■
N* контакта Им« Функция контакта Описание
»ход кворцевого генератора
источник питони» *5 В
ІЖ.ЇГ
,тра ФАПЧ
фильтр ФАПЧ
внешня« индуктивность
•иеши»«
дл» ГУН
индуктивность
общий
общий
питание
источник питани» *5 В
■ход цифровых последовательных данных
•ыход цифровых последовательных данных
установка мощности передатчика
общий
обилий
источник питони» *5 В
общий
общий
вход/выход
подключение антенны
вход/выход
подключение антенны
общий
общий
источник питание *5 В
эре«’
*/пер
прием/пере доча
TXEN * лог. 1 — реиим передачи ____
TXEN в пог. О — режим приема
выход
выход кворцевого генератора
'5*0 приведены в габл. 2. j макси июусгнмые значении эксплуатацией-змеристик - и табл. 3.
Временные характеристики
І включення
пион интервал после полами напри птании ни микросхему до стаоилн.ы тезируемой частоты называется исключении и составляет 75 мс. Время ти может быть значительно умень-о7,5 мс) при использовании вместо эго резонатора ннешнси опорной ча-М1 и, например сигнала с кварцевого ірд, используемою в системе и рабо • н момент включении траиенвера ми роллера (рис. 2).
icnue питания в режиме передачи
збежания побочных излучении вне і диапазона и момент включении необходимо поддерживать уровень входе TXKN .к» тех пор. пока спите* и частота не станет ста» ильин А (т. е. евин времени включении), ереключеинн микросхемы в режим і данные не должны посту плі ь на истечение как минимум первых 3 мс. tenue питаним в режиме приема німії тракт можег не принимать дан* сх нор, нока питание на контактах кросхсмм не установится |5 В ±5%) и і установлении не пройдет 75 мс. Не H.wiiuii вненишн енгпал опорной ча МГц, приемник сможет принимать пусти 7.5 мс после установлений пн
іючеиие прием/переОача
шик может не принимать ланные в 3 мс после перехода сигнала TXF.N в лог. 0. В течение 3 мс после перехода TXHN и единичный уровень ланные па передаваться.
Рекомендации к применению
hpeut с антенной
«ты AN II и ANT2 обеспечивают со : внешней антенны с малошумяїним ісм в режиме приема и с усилителем ш и режиме передачи. Интерфейс с I дифференциальный, с рекомендує ісдлісом антенны 400 Ом.
. 3 изображена типичная схема вклю-апснвера пК10433 с дифференииаль )чпо11 антенной, выполненной в ви ДПОШ на печатей плате, ірелпочпттслен иелифференциаль ерфейс с имнелаисом 50 Ом. наполним решением меняется согласую мпсформ.иор с ко:н|к|іііпнеіпом ¡тмацни 8:1 (рис. *1). иой каскад усилителя мощности со-авух траиэисшров с открытыми кол їм. поэтому череп нагрузку (антенну) )ып. иодвелено питание +5 В. В слу-|іерсіщиальной рамочной антенны В подводится через центр анген iokxuiio на соответствующей схеме, тльзованнп согласующего гранс(]юр
Таблица 2
Напря- жение VSST Общий 1ВХ Общий потребляемой ток Овжмм режим nePJ»A°-приемо _У1Бм Макс. и'З мощ- mí когШ* “їй* Вход- ное напря- жение 1 VIH, В Вход- ное напря- жение 0 v°í; В Выход- ное напря- жение Ж Выход- ное напря- жение t
Мни 4.75 0,7 VDD 0 0,7 VDD 0
Типично 5 23 33 10
Мохе 525 VDD 0,3 VDD VDD 0,3 VDD
Таблица 2. Продолжение
Выходное напряжение лог. О
«□прямо - наприже- Входной Входной Робочої
ж ж ™ ^ с«
го Тип
кто модуляции
Мм«
0,7 VDD
Типично
Махс-
433.936
fSK (частотна* манипуляция)
VDD
0.3 V0D
±20
*20
Таблица 2. Продолжение
Напря- жение ту д—« ция Df, кГц Ширина щ Частота кварцевого ро* Ж Требование! к стабильно«! и частоты кварцевого ре- таят Чувстви- тельность Скоресть передачи ин-форма- Дифференциальный импеданс антенного входа/выходо, Ом
Мни 65
Типично 115 • -103 400
Макс 85 ±45 9600
1 Моиснмальмо «оэможное ухудшение чуюшитепьности 5дБ ма «раях температурного диаоокно Таблица 3
Напряжение питомия VDD -0.31 ...♦6 В
Напрхжение но оходо VI -0.3 В. VDD+0.3B
Напряжение но »ыходе VO -0.3 В .. VDD-0.3B
Рассеиваемая МОЩНОСТЬ PD (То«р ■ 25*С) 250 мВт
Робочим температурний диапазон -25 - *85*С
Температурный диопоюн при хранении -40 ...♦125* С
Примечание. Условия, приюдящив t »ыходу ил ухаэомннх диапазонов одной или более хароггеристиг могут вымети микросхему И) строе
рымосгь их частот не должна нреиыпшт, 70 ppm (i.e. 30 кГц). И;» лиш шішют требования к стабильности используемого кварцевого резонатор* ±35 ppm и в приемнике, н н передатчике. Разница н частотах свы-ик указанной приводит к ухудшению чувствительности приемника на 12 дБ/октаву. Типичное значение частотного окна фуикпонироваштя свя-за равно 450 ppm (200 кГц).
Пример: КварцевыП резонатор с разбросом частина * 20 ppm н температурной стабильностью ±25 ppm к рабочем диапазоне -25... +75°С при наихудшем стечении обстоятельств дасг уход частоты на 45 ppm. Ectuприемник н иерслагіпк работают при разных температурах окру жшшей среды, при наихудшем стечении обстоятельств разница их торных частот может доспнпуть 90 ppm. что (но прицеленным ныше иртернстнкам) приведет к спаду чувствительности примерно на ЗдЬпз за лишних 20 ppm.
Проектирование печатной платы трансивера
Для достижения хороших эксплуатационных характеристик гран сивера необходимо нннмателыю подходить к проектированию пе 'union платы. Необхолима как минимум дпухсторонняя печатная шита.
Шина нптанпя должна быть шунтирована высококачественным керамическим СВЧ-конденсатором (например, емкостью 100 пф) как
можно ближе к корпусу микросхемы. Предпочтительно также разме стить керамический чин конденсатор большой емкости (2,2 мкф, на пример) параллельно конденсатор) с малой емкостью.
ІІнтанпс пКК0433 должно быть отделено от питания любых цифр«і пых схем.
Необхолимо избегать длинных проводников питании на печатной плате. Все соединения с землей и питанием микросхемы необходимо выполнить как можно ближе к ее корпусу. На печатной плате, верх пни слой которой не пользуется в качестве іем.'іп. контактные ило іцадки VSS микросхемы должны непосредственно подсоединяться к этому слою. Для печатной платы с нижним слоем, используемым в качестве земли, нанлучшнн метол соединения контактных площадок микросхемы с ИТ нм слоем состоит в размещении проходных от перетин на контактных площадках или в непосредственной блнзос ти от них.
В окрестности цепей ФАІІЧ < конденсатор фильтра, индуктивность) не должны проходить цифровые линии данных л иск» управляющие сигналы.
Расположение индуктивности ГУН очень критично! Оптимальное расположение индуктивности дает напряжение на фильтре ФАІ Iі! 1,25 f 0,5 В. Для чин-индуктивности типоразмера 0805 расстояние между центром контактной площадки V(!1>1(2) и центром контактной площадки индуктивное III должно быть 2,5 мм.
В оригинальном справочном листке к микросхеме пКГ0433 приводится рекомендуемая разводка печатной платы и список рекомендує-мых к применению пассивных компонентов.
Радиус действии
Выл проведен небольшой тесі двух оценочных печатных плат (Evaluation board), на которых, помимо микросхемы трансивера nRFO-133, установлен микроконтроллер AVR AT90SI200. обеспечнва ющпй передачу состояния четырех кнопок и индицирующий разно цветными светодиодами состояния таких же кнопок на второй оце ночной плате.
При прямой видимости расстояние надежной связи превышало 300 м. В условиях помещения (многоэтажное здание) наибольшее рас стояние уверенной связи сильно з. uiichi от внутреннего устройства здания, количества перекрытий, наличия длинных коридоров и г. д.. и лежит в интервале 10-100 м. ■■
