如何设计高品质LoRa无线模块

如何设计高品质LoRa无线模块

 

 

“炮制虽繁必不敢省人工，品味虽贵必不敢减物力”－百年同仁堂古训

 

从14年至今，本着追求极致的工匠精神，锐米通信迭代设计了5版LoRa无线模块，最终达到高品质。

干过射频设计的工程师都知道，因为高频电路敏感，元器件微小，测试仪器精密；每一版设计，不但凝聚心血，还需要真金白银的投入。

为此，我们分享LoRa射频设计的一些经验，只为您（们）不必再掉进这些“坑”。

1 原理图

在14年，获取一份SX1276/8的原理图，得找semtech的代理商；现在，可以直接从官网上获取：

http://www.semtech.com/apps/filedown/down.php?file=SX1276RF1KAS_e269v01a.zip

需要注意的是：

 

• 官方是针对SX1276的射频电路，如果使用SX1278，需要处理HF引脚；
• 官方有多个中心频点的物料BOM，在国内，一般使用490MHz中心频点；
• PE4259接天线的电路，根据天线性能，需要修改电容和电感值；

 

2  PCB图

尽管二层板也能工作，还是强烈建议使用四层板设计，它的优势很明显：稳定性高，抗干扰能力强,电路板的电磁兼容得到了很大的改善。

 

• 独立的电、地层可以使所有的信号环路面积最小；
• 电源层和地层形成较大的分布电容，为电源提供了很好的高频解耦作用，从而减小了电源线上的噪声；

 

当然，四层板的价格比二层板贵得多，尤其是首次制作的工程费用更高。

根据原理图设计PCB后，千万记得提交给semtech公司官方review。锐米通信的PCB经过semtech官方2次review，性能有明显的提升。在此，感谢科通（深圳）黄工和semtech（深圳）刘工的审核。

 

3 电感电容

直接用官方推荐的元器件吧，它保证精度和性能，唯一的缺陷是物料成本高。特别注意，要使用绕线电感，叠层电感虽然便宜，但是性能欠佳。锐米通信全部采用muRata品牌，这是国际公认的优秀品质。

 

4 温补晶振

按SX1276/8的数据手册，LoRa可以使用廉价的XTAL（无源晶振），仅当BW低于62.5kHz时，才建议使用TCXO（温补晶振）。然而，根据我们的测试经验，建议使用高品质的TCXO：

 

• 具备温补功能，让处于不同温度（如室内和室外）的LoRa模块无线电频率最大化接近，可以有效提高解码率，从而提升通信质量；
• 良好的抗老化，让不同寿命（先期部署和后期部署）的LoRa模块频偏最小，从而保证通信成功率；

 

以锐米通信使用的NDKTCXO：它的最大功耗仅1.5mA，最大温漂仅2.5ppm，最大老化率仅1ppm/年。当然，它的价格昂贵，是普通XTAL的好几个倍。

 

5 频谱实验

每设计一版射频电路，至少得使用频谱仪进行遍历实验，我们使用Tektronix RSA5100A real- time signal analyzer。频谱仪测试选项很多，上2张中心频点为470MHz的测试照：

 

6  SMT生产

LoRa射频是高频电路，0402器件很微小，生产只能使用高精密SMT机器，才能保证品质和合格率。我们的生产机器为：

 

 

7 自动化测试

为保证100%合格率，每一片LoRa无线模块，锐米通信都会采用工装仪器进行自动化测试。除检测UART、SPI和RTC等外设外，还通过若干次RF通信，统计计算射频性能分数。测试结果如下图所示：

 

 

 关于LoRa无线模块更多资料，请链接：http://www.rimelink.com/pd.jsp?id=22#_pp=2_306

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