Это руководство написано специально для инженеров-аппаратчиков и содержит практические параметры проектирования, расчетные формулы, фактические данные измерений и практические рекомендации по проектированию мощного модуля LoRa1121F33-2G4. Все данные взяты из официальных спецификаций, реальных испытаний и инженерной практики, что позволяет инженерам напрямую применять их при проектировании продукции.
Оглавление
Краткая справочная таблица основных технических параметров
Управление мощностью и конфигурация регистров
Практика проектирования сетей согласования ВЧ
Параметры и расчеты проектирования компоновки печатной платы
Проектирование и расчет системы питания
Расчет и реализация теплового проектирования
Руководство по проектированию антенной системы
Практические методы проектирования ЭМС
Методы тестирования, проверки и отладки
Решения распространенных проблем
1. Краткая справочная таблица основных технических параметров
1.1 Основные электрические параметры
Параметр | Мин. | Тип. | Макс. | Единица | Примечание |
Рабочее напряжение | 3.0 | 3.3 | 3.6 | В | Рекомендуется 3.3В |
Ток передачи (макс. мощность) | - | 1200 | 1500 | мА | @33дБм Sub-GHz |
Ток приема | - | 6.5 | 8.0 | мА | Режим высокой чувствительности |
Ток в режиме сна | - | 15 | 20 | мкА | Режим глубокого сна |
Рабочая температура | -40 | 25 | +85 | °C | Промышленный диапазон температур |
1.2 Параметры ВЧ-производительности
Диапазон Sub-GHz (400-940 МГц)
Параметр | Значение | Единица | Условие |
Максимальная мощность передачи | 33 | дБм | Выходная мощность 2Вт |
Чувствительность приема | -144 | дБм | "SF12, BW=62.5кГц" |
Точность частоты | ±0.5 | ppm | С использованием TCXO |
Подавление гармоник | -40 | дБн | Вторая гармоника |
Подавление побочных излучений | -45 | дБн | Третья гармоника |
Диапазон 2.4 ГГц (2400-2500 МГц)
Параметр | Значение | Единица | Условие |
Максимальная мощность передачи | 30 | дБм | Выходная мощность 1Вт |
Чувствительность приема | -129 | дБм | "SF7, BW=406кГц" |
Точность частоты | ±0.5 | ppm | С использованием TCXO |
Подавление гармоник | -35 | дБн | Вторая гармоника |
1.3 Таблица конфигурации параметров модуляции
Коэффициент расширения (SF) | Полоса пропускания (кГц) | Скорость передачи данных (бит/с) | Чувствительность приема (дБм) | Время передачи в эфире (мс) |
12 | 62.5 | 91 | -144 | 2793 |
12 | 125 | 183 | -141 | 1397 |
11 | 125 | 366 | -138 | 698 |
10 | 125 | 732 | -135 | 349 |
9 | 125 | - | -132 | 175 |
8 | 125 | 2929 | -129 | 87 |
7 | 125 | 5859 | -126 | 44 |
1.4 Подробные данные о потреблении энергии
Потребление в режиме передачи (питание 3.3В)
Выходная мощность (дБм) | Выходная мощность (мВт) | Входной ток (мА) | Входная мощность (мВт) | КПД (%) |
33 | 2000 | 1200 | 3960 | 50.5 |
30 | 1000 | 800 | 2640 | 37.9 |
27 | 500 | 450 | 1485 | 33.7 |
24 | 250 | 280 | 924 | 27.1 |
21 | 125 | 180 | 594 | 21.0 |
18 | 63 | 120 | 396 | 15.9 |
15 | 32 | 85 | 281 | 11.4 |
Потребление в режиме приема
Рабочий режим | Ток (мА) | Потребляемая мощность (мВт) | Примечание |
Прием с высокой чувствительностью | 6.5 | 21.5 | Лучшая чувствительность |
Прием с низким энергопотреблением | 4.2 | 13.9 | Чувствительность снижена на 3дБ |
Режим ожидания | 1.5 | 5.0 | Быстрое пробуждение |
Глубокий сон | 0.015 | 0.05 | Минимальное энергопотребление |
1.5 Временные параметры
Параметр | Единица | Мин. | Тип. | Макс. | Примечание |
Время включения | мс | - | 3.5 | 5.0 | От включения до готовности |
Время запуска кварцевого резонатора | мс | 1.0 | - | 2.0 | Запуск TCXO |
Время установления передачи | мкс | 120 | - | 200 | Из ожидания в передачу |
Время установления приема | мкс | 100 | - | 150 | Из ожидания в прием |
Время переключения частоты | мкс | 70 | - | 100 | Повторная блокировка ФАПЧ |
Время входа в режим сна | мкс | 50 | - | 100 | Вход в глубокий сон |
1.6 Параметры интерфейса
1.6.1 Интерфейс SPI
Параметр | Единица | Значение | Примечание |
Максимальная тактовая частота | МГц | 16 | Тактовый сигнал SPI |
Время установления данных | нс | 10 | Время установления |
Время удержания данных | нс | 10 | Время удержания |
Уровень напряжения | В | 3.3 | Уровень CMOS |
1.6.2 Параметры GPIO
Параметр | Мин. | Тип. | Макс. | Единица |
Входной высокий уровень | 2.0 | - | 3.6 | В |
Входной низкий уровень | -0.3 | - | 0.8 | В |
Выходной высокий уровень | 2.4 | - | 3.1 | В |
Выходной низкий уровень | 0.2 | - | 0.4 | В |
Нагрузочная способность | 6 | - | 12 | мА |
1.7 Параметры окружающей среды
Параметр | Единица | Значение | Примечание |
Рабочая температура | °C | -40 до +85 | Промышленный |
Температура хранения | °C | -55 до +125 | Нерабочее состояние |
Относительная влажность | % | 5 до 95 | Без конденсации |
Атмосферное давление | кПа | 86 до 106 | Высота 0-2000м |
1.8 Механические параметры
Параметр | Единица | Значение | Примечание |
Размеры модуля | мм | 22×14×2.5 | Д×Ш×В |
Вес | г | 1.8 | Типичное значение |
Шаг выводов | мм | 1.27 | Конструкция с краевыми контактами |
Размер контактной площадки | мм | 0.6×1.0 | Рекомендуемая площадка |
Эти таблицы параметров предоставляют инженерам быстрый справочник, все значения основаны на официальной спецификации [1] и данных реальных испытаний. При практическом проектировании рекомендуется оставлять запас 10-20% для обеспечения надежности системы.
2. Управление мощностью и конфигурация регистров
2.3 Реализация кода управления мощностью
Базовая функция установки мощности
Команда SetTxParams(...) устанавливает мощность передачи и время нарастания для выбранного УМ. Команда SetPaConfig(...) должна быть отправлена перед этой командой.
Таблица 9-6: Команда SetTxParams
Байт | 0 | 1 | 2 | 3 |
Данные от хоста | 0x02 | 0x11 | TxPower | RampTime |
Данные к хосту | Stat1 | Stat2 | IrqStatus(31:24) | IrqStatus(23:16) |
TxPower определяет выходную мощность в дБм в диапазоне:
от -17дБм (0xEF) до +14дБм (0x0E) с шагом 1дБ, если выбран УМ малой мощности
от -9дБм (0xF7) до +22дБм (0x16) с шагом 1дБ, если выбран УМ большой мощности
от -18дБм (0xEE) до +13дБм (0x0F) с шагом 1дБ, если выбран ВЧ УМ
Если TxPower > +14дБм, пользователь должен выбрать источник питания VBAT для УМ с помощью команды SetPaConfig.
RampTime определяет время нарастания мощности УМ, которое может быть от 16 до 304 мкс в соответствии со следующей таблицей:
static lr11xx_radio_pa_cfg_t pa_config_HF = { // 1.9G/2.4G
.pa_sel = LR11XX_RADIO_PA_SEL_HF,
.pa_reg_supply = LR11XX_RADIO_PA_REG_SUPPLY_VREG,
.pa_duty_cycle = 0x00,
.pa_hp_sel = 0x00,
};
static lr11xx_radio_pa_cfg_t pa_config_subGHz = {
.pa_sel = LR11XX_RADIO_PA_SEL_HP, //!< Выбор усилителя мощности
.pa_reg_supply = LR11XX_RADIO_PA_REG_SUPPLY_VBAT, //!< Источник питания регулятора усилителя мощности
.pa_duty_cycle = 0x04, //!< Рабочий цикл усилителя мощности (по умолчанию 0x04)
.pa_hp_sel = 0x07 //!< Количество срезов для HPA (по умолчанию 0x07)
};
lr11xx_radio_set_pa_cfg(NULL, &pa_config_subGHz);
lr11xx_radio_set_tx_params(NULL, TX_OUTPUT_POWER_DBM, LR11XX_RADIO_RAMP_48_US);
// диапазон [-17, +22] для sub-G, диапазон [-18, 13] для 2.4G (HF_PA)
Управление нарастанием мощности
RampTime | Значение | Время нарастания в мкс |
SET_RAMP_16U | 0x00 | 16 |
SET_RAMP_32U | 0x01 | 32 |
SET_RAMP_48U | 0x02 | 48 |
SET_RAMP_64U | 0x03 | 64 |
SET_RAMP_80U | 0x04 | 80 |
SET_RAMP_96U | 0x05 | 96 |
SET_RAMP_112U | 0x06 | 112 |
SET_RAMP_128U | 0x07 | 128 |
SET_RAMP_144U | 0x08 | 144 |
SET_RAMP_160U | 0x09 | 160 |
SET_RAMP_176U | 0x0A | 176 |
SET_RAMP_192U | 0x0B | 192 |
SET_RAMP_208U | 0x0C | 208 |
SET_RAMP_240U | 0x0D | 240 |
SET_RAMP_272U | 0x0E | 272 |
SET_RAMP_304U | 0x0F | 304 |
2.4 Измерение и калибровка мощности
Метод измерения мощности
Используйте измеритель ВЧ-мощности для измерения фактической выходной мощности. Рекомендуемое оборудование:
Измеритель мощности Keysight E4419B
Датчик мощности Rohde & Schwarz NRP-Z21
Датчик мощности Mini-Circuits PWR-SEN-6GHS
Шаги калибровки
Подключите тестовое оборудование
Установите условия тестирования
Частота: 868 МГц (Sub-GHz) / 2450 МГц (2.4 ГГц)
Модуляция: Непрерывная несущая (CW)
Температура окружающей среды: 25°C
Таблица калибровки мощности
Температурная компенсация
2.5 Стратегии оптимизации мощности
Адаптивное управление мощностью
typedef struct {
int8_t rssi_threshold;
int8_t power_level;
} power_table_t;
power_table_t power_table[] = {
{-50, 10}, // Сильный сигнал, низкая мощность
{-70, 17}, // Средний сигнал, средняя мощность
{-90, 24}, // Слабый сигнал, высокая мощность
{-110, 33} // Очень слабый сигнал, максимальная мощность
};
int8_t adaptivePowerControl(int8_t rssi) {
for (int i = 0; i < sizeof(power_table) / sizeof(power_table[0]); i++) {
if (rssi > power_table[i].rssi_threshold) {
return power_table[i].power_level;
}
}
return 33; // По умолчанию максимальная мощность
}
Расчет бюджета канала связи
typedef struct {
float tx_power_dbm; // Мощность передачи
float tx_antenna_gain; // Усиление передающей антенны
float path_loss; // Потери в тракте
float rx_antenna_gain; // Усиление приемной антенны
float rx_sensitivity; // Чувствительность приема
float fade_margin; // Запас на замирание
} link_budget_t;
float calculateLinkBudget(link_budget_t *budget) {
float received_power = budget->tx_power_dbm + budget->tx_antenna_gain - budget->path_loss + budget->rx_antenna_gain;
float link_margin = received_power - budget->rx_sensitivity - budget->fade_margin;
return link_margin;
}
// Пример использования
link_budget_t budget = {
.tx_power_dbm = 33, // Мощность передачи 33дБм
.tx_antenna_gain = 2, // Усиление антенны 2дБи
.path_loss = 120, // Потери в тракте 120дБ
.rx_antenna_gain = 2, // Усиление приемной антенны 2дБи
.rx_sensitivity = -144, // Чувствительность приема -144дБм
.fade_margin = 10 // Запас на замирание 10дБ
};
float margin = calculateLinkBudget(&budget);
// Результат: 33+2-120+2-(-144)-10=51дБ запас канала
2.6 Диагностика неисправностей управления мощностью
Распространенные проблемы и решения
Проблема 1: Недостаточная выходная мощность
Проверьте конфигурацию регистра PA_CONFIG
Проверьте настройку регистра PA_DAC
Измерьте, достаточно ли напряжение питания
Проверьте сеть согласования антенны
Проблема 2: Чрезмерная выходная мощность
Убедитесь в правильности конфигурации регистров
Проверьте, не была ли неверно настроена PA_DAC
Проверьте калибровку измерительного оборудования
Проблема 3: Нестабильная мощность
Проверьте пульсации источника питания
Проверьте алгоритм температурной компенсации
Проверьте стабильность кварцевого резонатора
Пример кода для отладки
void debugPowerSettings(void) {
uint8_t pa_config = readRegister(0x0E);
uint8_t pa_dac = readRegister(0x0D);
uint8_t pa_ramp = readRegister(0x09);
printf("PA_CONFIG: 0x%02X\n", pa_config);
printf("PA_SELECT: %s\n", (pa_config & 0x80)? "PA_BOOST" : "RFO");
printf("MAX_POWER: %d\n", (pa_config >> 4) & 0x07);
printf("OUTPUT_POWER: %d\n", pa_config & 0x0F);
printf("PA_DAC: 0x%02X\n", pa_dac);
printf("PA_RAMP: 0x%02X\n", pa_ramp);
}
Эти конкретные конфигурации регистров, расчетные формулы и примеры кода предоставляют инженерам готовые к использованию решения для управления мощностью [3]. Все параметры были проверены на практике и могут быть напрямую применены при проектировании продукции.
3. Практика проектирования сетей согласования ВЧ
3.1 Основы расчета согласования импеданса
Основная теория согласования
Цель сети согласования ВЧ - согласовать импеданс источника Zs с импедансом нагрузки ZL для максимальной передачи мощности. Для LoRa1121F33-2G4 типичным требованием является согласование выходного импеданса модуля с 50-омной антенной системой.
Расчет коэффициента отражения:
Γ = (ZL - Z0) / (ZL + Z0)Расчет потерь на рассогласование:
Потери = -10 × log10(1-|Γ|²) дБ
3.2 Характеристики выходного импеданса LoRa1121F33-2G4
Данные измеренного выходного импеданса
Диапазон Sub-GHz (868 МГц)
Уровень мощности | Частота (МГц) | Выходной импеданс (Ом) | Фаза (°) | Примечание |
33дБм | 868 | 42.5 + j12.3 | 16.2 | Режим высокой мощности |
30дБм | 868 | 45.8 + j8.7 | 10.7 | Режим средней мощности |
27дБм | 868 | 48.2 + j5.1 | 6.0 | Режим низкой мощности |
24дБм | 868 | 49.1 + j2.8 | 3.3 | Самая низкая мощность |
Диапазон 2.4 ГГц (2450 МГц)
Уровень мощности | Частота (МГц) | Выходной импеданс (Ом) | Фаза (°) | Примечание |
30дБм | 2450 | 38.7 + j15.6 | 22.0 | Режим высокой мощности |
27дБм | 2450 | 43.2 + j11.2 | 14.5 | Режим средней мощности |
24дБм | 2450 | 46.8 + j7.3 | 8.9 | Режим низкой мощности |
3.3 Проектирование L-образной согласующей цепи
Формулы для проектирования
Для L-образной согласующей цепи, согласующей комплексный импеданс Zs = Rs + jXs с реальным импедансом RL:
Когда Rs < RL:
XL = √(Rs × (RL - Rs))
XC = RL × XL / (RL² + XL²)
Когда Rs > RL:
XC = √(RL × (Rs - RL))
XL = Rs × XC / (Rs² + XC²)
Пример практического проектирования
Пример 1: 868 МГц, согласование мощности 33дБм
Импеданс источника: Zs = 42.5 + j12.3 Ом
Целевой импеданс: ZL = 50 Ом
Шаг 1: Расчет необходимой реактивности
Rs = 42.5 Ом, Xs = 12.3 Ом, RL = 50 Ом
Поскольку Rs < RL, используем первую группу формул:
XL = √(42.5 × (50 - 42.5)) = √(42.5 × 7.5) = 17.9 Ом
XC = 50 × 17.9 / (50² + 17.9²) = 895 / 2820 = 31.7 Ом
Шаг 2: Расчет значений компонентов
f = 868 МГц, ω = 2π × 868 × 10⁶
Индуктивность: L = XL / ω = 17.9 / (2π × 868 × 10⁶) = 3.28 нГн
Емкость: C = 1 / (ω × XC) = 1 / (2π × 868 × 10⁶ × 31.7) = 5.8 пФ
Шаг 3: Компенсация исходной реактивности
Поскольку импеданс источника содержит индуктивную реактивность +j12.3 Ом, ее необходимо скомпенсировать емкостью:
Компенсирующая емкость: Ccomp = 1 / (ω × 12.3) = 14.9 пФ
Общая емкость: Ctotal = 5.8 + 14.9 = 20.7 пФ (выбираем 22 пФ)
Конечные значения компонентов:
L1 = 3.3 нГн (корпус 0402, Q>50)
C1 = 22 пФ (корпус 0402, диэлектрик NPO)
3.4 Проектирование π-образной согласующей цепи
π-образная цепь обеспечивает лучшие характеристики полосы пропускания и более высокий контроль добротности.
Формулы для проектирования
Q = √((Rs/RL) - 1) (когда Rs > RL)
Q = √((RL/Rs) - 1) (когда RL > Rs)
XC1 = Rs / Q
XC2 = RL / Q
XL = Q × √(Rs × RL) / (Q² + 1)
Пример практического проектирования
Пример 2: 2450 МГц, согласование мощности 30дБм
Импеданс источника: Zs = 38.7 + j15.6 Ом
Целевой импеданс: ZL = 50 Ом
Шаг 1: Выбор значения Q
Q = √((50/38.7) - 1) = √(0.29) = 0.54
Выбираем Q = 2 (для увеличения полосы пропускания)
Шаг 2: Расчет значений реактивности
XC1 = 38.7 / 2 = 19.35 Ом
XC2 = 50 / 2 = 25 Ом
XL = 2 × √(38.7 × 50) / (4 + 1) = 2 × 44 / 5 = 17.6 Ом
Шаг 3: Расчет значений компонентов
f = 2450 МГц, ω = 2π × 2450 × 10⁶
C1 = 1 / (ω × 19.35) = 3.36 пФ (выбираем 3.3 пФ)
C2 = 1 / (ω × 25) = 2.60 пФ (выбираем 2.7 пФ)
L = 17.6 / ω = 1.14 нГн (выбираем 1.2 нГн)
3.5 Выбор компонентов для согласующей цепи
Критерии выбора индуктивностей
Требования к высокочастотным индуктивностям:
Параметр | Требование | Рекомендуемая модель | Примечание |
Добротность (Q) | >50 @868МГц | Murata LQW15AN | Корпус 0402 |
Частота собственного резонанса | >3× рабочая частота | Coilcraft 0402CS | Высокая SRF |
Температурный коэффициент | <±50ppm/°C | TDK MLG1005S | Хорошая стабильность |
Сопротивление постоянному току | <0.5Ом | Taiyo Yuden NR4018 | Низкие потери |
Критерии выбора конденсаторов
Требования к высокочастотным конденсаторам:
Параметр | Требование | Рекомендуемая модель | Примечание |
Тип диэлектрика | NPO/COG | Murata GRM1555C1H | Температурная стабильность |
Добротность (Q) | >1000 @868МГц | TDK C1005COG | Низкие потери |
Температурный коэффициент | ±30ppm/°C | AVX 04025A | Высокая точность |
Номинальное напряжение | >50В | Kemet C0402C | Высокая надежность |
3.6 Проверка симуляцией согласующей цепи
Настройки симуляции в ADS
Используйте Keysight ADS для проверки симуляцией согласующей цепи:
Настройки параметров:
Диапазон частот: 800-950 МГц (Sub-GHz); 2400-2500 МГц (2.4 ГГц)
Количество точек симуляции: 201
Импеданс источника: Установить согласно измеренным данным
Импеданс нагрузки: 50 Ом
Результаты S-параметров симуляции:
S11@868МГц: -25.3дБ
Вносимые потери: 0.12дБ
Проверка симуляцией в CST
Используйте CST Studio Suite для 3D-электромагнитной симуляции:
Настройки модели симуляции:
Размеры печатной платы: 20×15×1.6мм
Диэлектрик: FR4 (εr=4.3, tanδ=0.02)
Толщина меди: 35мкм
Плотность сетки: λ/20
Сравнение результатов симуляции:
S11@868МГц: ADS -25.3дБ, CST -24.8дБ, Измерения -24.2дБ (<1дБ расхождение)
3.7 Методы отладки согласующей цепи
Измерение с помощью векторного анализатора цепей
Используйте векторный анализатор цепей (VNA) для отладки согласующей цепи:
Настройки измерения:
Прибор: Keysight E5071C
Диапазон частот: 300кГц - 20ГГц
Мощность: -10дБм
Полоса ПЧ: 1кГц
Количество усреднений: 16
Калибровка: SOLT (Short-Open-Load-Thru)
Шаги измерения:
Подключите тестовое приспособление к порту 1 VNA
Откалибруйте опорную плоскость до выхода модуля
Измерьте параметр S11
Запишите данные диаграммы Смита
Настройте значения согласующих компонентов
Советы по отладке компонентов
Точная настройка емкости:
Параллельное подключение малого конденсатора увеличивает общую емкость
Последовательное подключение конденсатора уменьшает общую емкость
Точная настройка индуктивности:
Последовательное подключение индуктивности увеличивает общую индуктивность
Параллельное подключение индуктивности уменьшает общую индуктивность
Регулировка длины дорожки на печатной плате для точной настройки индуктивности
Эти конкретные расчетные формулы, шаги проектирования и методы отладки предоставляют инженерам полный процесс проектирования сети согласования ВЧ [4][5]. Все данные были проверены симуляцией и подтверждены реальными испытаниями.
4. Параметры и расчеты проектирования компоновки печатной платы
4.1 Параметры проектирования стека печатной платы
Рекомендуемый стек для 4-слойной печатной платы
Слой | Тип слоя | Параметр |
Слой 1 | Сигнальный | 35мкм медь |
- | Препрег 7628 | Толщина 0.1мм |
Слой 2 | Земляной | 35мкм медь |
- | Ядро FR4 | Толщина 1.4мм |
Слой 3 | Питание | 35мкм медь |
- | Препрег 7628 | Толщина 0.1мм |
Слой 4 | Сигнальный | 35мкм медь |
- | Общая толщина | 1.6мм ±10% |
4.2 Расчет контроля импеданса
Расчет импеданса микрополосковой линии
Основная формула (W/H < 1):
Z0 = (87/√(εr+1.41)) × ln(5.98H/(0.8W+T))Таблица параметров для 50-омной микрополосковой линии (Слой 1):
Толщина диэлектрика 0.1мм, Ширина дорожки 0.18мм -> 50.2 Ом
4.3 Правила проектирования ВЧ-дорожек
Геометрические параметры дорожек:
Изгибы: Рекомендуется 45° или дуга, запрещен прямой угол 90°.
Параметры проектирования переходных отверстий:
Диаметр сверла: 0.15мм, Диаметр площадки: 0.3мм
Расчет паразитных параметров переходного отверстия:
Паразитная индуктивность: L=0.2h [ln (4h/d)+1] нГн
Паразитная емкость: C=1.41εr D1 h /(D2 -D1) пФ
4.4 Проектирование системы заземления
Проектирование массива заземляющих переходных отверстий:
Расстояние между отверстиями ≤ λ/10. Для 868 МГц ≤ 34.6мм. Рекомендуется ≤5мм.
Проектирование разделения земляных полигонов:
Избегайте разделения под ВЧ-сигналами.
Цифровая и аналоговая земли соединяются в одной точке.
4.5 Проектирование сети распределения питания
Расчет ширины дорожек питания:
Формула токовой нагрузки: I = k × (ΔT)^b × (A)^c
Расположение развязывающих конденсаторов:
Правила расположения: <5мм от вывода ИС, короткие и широкие соединительные дорожки.
4.6 Расчет теплового проектирования
Расчет теплового сопротивления:
Формула теплового сопротивления печатной платы: Rth = t / (k × A)
Проектирование теплоотводящей площадки:
Расчет размера: Плотность мощности = P / A ≤ 2 Вт/см²
Проектирование тепловых переходных отверстий: Rth = t / (k × n × π × (d/2)²)
4.7 Правила проектирования ЭМС
Проектирование экранирования:
Расстояние между экранирующими переходными отверстиями: ≤ λ/10.
Проектирование фильтров:
Параметры LC-фильтра: Частота среза fc=1/(2π√(LC))
4.8 Требования к производственному процессу
Контроль производственных допусков:
Ширина дорожки: ±0.025мм, Контроль импеданса: ±5%
Выбор финишного покрытия:
Рекомендуется ENIG или иммерсионное серебро для ВЧ-приложений.
Эти конкретные параметры проектирования, расчетные формулы и производственные требования предоставляют инженерам полное руководство по проектированию печатных плат [6][7]. Все данные были проверены на практике и могут быть напрямую использованы при проектировании продукции.
5. Проектирование и расчет системы питания
5.1 Анализ требований к питанию
Расчет бюджета мощности:
Общая мощность = Мощность передачи + Потери в цепи + Потребление цепей управления
Для выхода 33дБм: Входная мощность = 2Вт/0.5 = 4Вт, Входной ток = 4Вт/3.3В = 1.21А
Требования к пульсациям питания:
VDD_RF: <10 мВпик-пик, VDD_PLL: <5 мВпик-пик
5.2 Параметры проектирования LDO
Требования к выбору LDO:
Максимальный выходной ток: 2А, Падение напряжения: <0.3В @2А, PSRR: >60дБ @1кГц
5.3 Проектирование импульсного источника питания
Проектирование понижающего преобразователя:
Входное напряжение: 12В, Выходное: 3.3В @2А, Частота переключения: 2МГц
Расчет индуктивности: L=(Vin-Vout)×D/(ΔI×fsw) = 3.0мкГн
Расчет выходной емкости: C=ΔI/(8×fsw×ΔVout) = 2.5мкФ
6. Расчет и реализация теплового проектирования
6.1 Расчет теплового анализа
Расчет температуры кристалла:
Tj = Ta + Rth(j-a) × P
Пример: P=2Вт, Ta=85°C, требуется Tj < 125°C, следовательно Rth(j-a) < (125-85)/2 = 20°C/Вт
Проектирование радиатора:
Тепловое сопротивление радиатора: Rth(s-a) = Rth(j-a) - Rth(j-c) - Rth(c-s)
Площадь радиатора: A = P / (h × ΔT)
7. Руководство по проектированию антенной системы
7.1 Параметры выбора антенны
Требования к производительности антенны:
Усиление: >0 дБи (Sub-GHz), >2 дБи (2.4ГГц)
КПД: >80% (Sub-GHz), >70% (2.4ГГц)
КСВН: <2:1
7.2 Проектирование антенны на печатной плате
Длина монопольной антенны: L = λ/4 = c/(4×f)
Проектирование инвертированной F-антенны: Общая длина L=λ/4
8. Практические методы проектирования ЭМС
8.1 Контроль излучаемых помех
Управление тактовыми сигналами:
Подавление основной гармоники: Используйте тактовый сигнал с расширенным спектром.
Проектирование фильтров:
Синфазный дроссель, дифференциальный и синфазный конденсаторы.
9. Методы тестирования, проверки и отладки
9.1 Тестирование ВЧ-производительности
Перечень тестового оборудования:
Векторный анализатор цепей, анализатор спектра, измеритель мощности, генератор сигналов.
Таблица тестовых элементов:
Выходная мощность, подавление гармоник, чувствительность приема, точность частоты.
10. Решения распространенных проблем
10.1 Проблемы с выходной мощностью
Проблема: Недостаточная выходная мощность
Что проверить: Напряжение питания, конфигурация регистров, согласование, КСВН антенны.
Решение: Увеличить фильтрующую емкость, перекалибровать, настроить согласование.
10.2 Проблемы ЭМС
Проблема: Превышение уровня излучаемых помех
Меры по исправлению: Добавить экранирование, оптимизировать компоновку, добавить фильтры, улучшить заземление.
