El MAX7034 diseño del receptor de referencia (DR) es una plataforma de auto-evaluación para el ejercicio del producto en forma de tubo del motor del módulo receptor. Este receptor (Rx) pensión incluye una fuente de alimentación simple, interfaz de datos, y una conexión a la antena, todo ello en un pequeño factor de forma modular, que permite que el receptor se coloca dentro de un recinto tubular. La placa RX ha sido fabricado para ser utilizado como está. Archivos Gerber están disponibles para su sencilla de cortar y pegar del diseño del sistema de radio.
Características
- Probado placa de circuito impreso ( PCB ) de diseño
- Componentes probada la lista
Descripción Receptor de la Junta
El MAX7034 315MHz/434MHz amplitud de desplazamiento de la carrocería (ASK) receptor superheterodino se configura en una forma casi estándar similar al circuito de aplicación típica se ilustra en la hoja MAX7034 datos . El sistema está destinado para el funcionamiento 433.92 y un 1Kbps ( NRZ ) velocidad de datos. Cuatro conexiones resistencias están incluidas en el diseño para permitir la utilización flexible de ciertos pines. Dos conexiones tienen huellas de la resistencia, pero se conectan de cortos: R5 conecta IR_SEL a VDD y R6 se conecta a VDD EN_REG. Dos conexiones de otros se dejan abiertas (despoblado): R4 se puede conectar DSP de DATAOUT de histéresis y R7 se puede conectar al DSN de 3V3 de silenciamiento . El módulo está diseñado para tener un tamaño reducido, con un mínimo de conexiones, para incluir un par de pasadores para las conexiones de antena / baja y un triplete de los pines de datos de campo / RX / conexiones de potencia. La placa utiliza una fuente de alimentación de 5V.
Poblado Ap-A2 Junta
Factor de forma
El LFRD014 está diseñado como una plataforma de demostración para el receptor MAX7034, con un muy pequeño factor de forma . Se dirige a un bajo costo, de lista de materiales de baja (BOM) número de enlace de RF, en este caso, una aplicación de motor tubular. El diseño incorpora toda la lista de materiales requeridos en un 0,48 pulgadas x 1,32 pulgadas bordo. El filtro de IF y el cristal dos huellas de uso específicas para los mayores, a través de hoyos de los componentes montados (a un costo menor). Un par de condensadores en derivación está incluido en los pasadores de cristal para el ajuste de frecuencia menor. La red de entrada consiste en una tapa de serie (C4), inductor de serie (L1), la tapa de derivación (C5), y una tapa segunda serie (C6). Un marcador de posición se proporciona para el LNA fuente de bobina (L2), pero un corto a tierra se recomienda. Un inductor (L3) del condensador (C7) actúa como par el circuito tanque, pero se recomienda que no se rellena el condensador.
Antena, alimentación y conexiones de datos
Alimentación a la placa Rx es comúnmente suministrada por una fuente de 5V regulado, tal como una generada a partir de la línea de voltaje utilizando una pared transformador ( Tabla 1 ).
| Tabla 1. Rx de E / S encabezados | |
| Encabezamiento | Descripción de señal |
| ANT-1 | RX-ANT, conexión de la antena |
| ANT-2 | GND, conexión de la antena de tierra |
| Power-1 | GND, conexión a la toma de tierra |
| ENERGÍA-2 | RXDATA, salida del módulo de conexión de datos |
| ALIMENTACIÓN-3 | V5V, el suministro de conexión de alimentación de 5V |
Detalles de hardware
Especificaciones del receptor
| Toma de corriente (I DD ) en f RF = 433, 5,0 V | 7.2mA (típico) |
| Cierre el suministro de corriente (I SHDN ) en f RF = 433 MHz, 5,0 V | 8μA (máx) |
| Sensibilidad (PRFIN_MIN) (nivel de potencia pico) | --113 DBm (típico) |
Para probar y depurar los propósitos, la Junta LFRD014 se ha configurado con un cristal de forma incorrecta se especifica y no se realizaron ajustes por las influencias de mesa parasitarias. Pruebas de sensibilidad inicial para esta configuración de medida-94.6dBm en un 0,2% la tasa de bits erróneos (BER ) de nivel.
Receptor de adaptación de antena
La red receptor correspondiente es similar a la red se sugiere en la hoja MAX7034 datos , lo que supone un 50? antena. Un inductor de la degeneración del bajo nivel de ruido del amplificador pin fuente (LNA) de la MAX7034 (LNASRC) a tierra se pueden rellenar en el LFRD014 para ajustar la entrada de impedancia de la LNA. Cuando el inductor degeneración está presente, la impedancia de entrada LNA se parece a una resistencia de 50Ω en serie con un condensador 2PF a 2.5pF (sin el inductor, la impedancia de entrada se ve como una resistencia de 500Ω a 700Ω en paralelo con un condensador 2PF a 2.5pF) . Estos modelos de impedancia puede ser utilizada para diseñar redes de adaptación para cualquier impedancia de la antena. Nota cuando la impedancia de la antena es de 50?, La red de adaptación es típicamente un inductor en serie (con un condensador DC-bloqueo). Durante las pruebas rango del módulo LFRD014, un 17.2cm (1/4 de longitud de onda) antena de cable se utilizó.
Selección del cristal adecuado
Uno de los retos más comunes asociados con el cristal a base de receptores y transmisores es el ajuste apropiado de circuito de la oscilación de la radio. El oscilador en el MAX7034 está concebido para funcionar con un cristal especificado con una capacidad de carga 3pF. Este bajo valor no es una especificación muy común que los cristales, por lo general los clientes intentan diseñar un sistema que utiliza un cristal con una capacidad de carga probada de 6PF, 8PF, 10pF, o más, a menudo debido a los costos o suministrar consideraciones. El uso de estos cristales no está prohibido, pero esto presenta un trade-off ya que el MAX7034 proporciona sólo acerca 3.1pF de la carga a los pines del cristal. Esta carga hará que un cristal 10pF especificado para operar a una frecuencia sensiblemente mayor de lo previsto (ver nota de aplicación 1017, " Cómo elegir un oscilador de cristal de cuarzo para el receptor superheterodino MAX1470 "para más información). Para compensar este cambio en la frecuencia, un cliente puede presentar una carga mayor para el cristal mediante la colocación de condensadores en el circuito. Recomendamos dos condensadores en derivación a tierra en lugar de una disposición en paralelo para una mayor flexibilidad de carga y otros beneficios. La compensación con esta "ajustado" carga es que la capacitancia demasiado conectado al circuito podría causar un problema con el inicio de oscilación.
Para fines de demostración, el LFRD014 se rellena con un cristal 13.2256MHz que tenía un determinado C L de 8PF. Una medida de depuración se realizó para investigar la frecuencia de oscilación del cristal de población en el PCB. Para realizar esta prueba, el R & S ® ZVL3 analizador de espectro y un "sniffer" de la antena fueron usados para investigar la frecuencia del cristal. Esta antena se llevó a cabo en estrecha proximidad al cristal (o tocar una de los cables según sea necesario) para obtener una estimación de la frecuencia de funcionamiento. El pico se midió a 13.23049MHz, que es de alto por 370ppm. Esto se traduce en una frecuencia de operación de 434.085MHz (32 × 13.23049 + 10.7), que coloca la LO esperado y frecuencia de la portadora en 165kHz-superior al previsto. Esta operación fuera de frecuencia del oscilador de cristal resultó en un entrante ASK portadora y bandas laterales asociadas que fueron empujados hacia el borde o en el pasado incluso la rodilla del filtro IF. Esto provocó una atenuación innecesaria de la potencia de la señal.
A fin de probar el impacto de este error, la banda de paso de la SI fue probado. Al barrer la señal portadora de frecuencia y control de la salida del filtro IF con el analizador de espectro (en max-modo de retención) un gráfico de la anchura de banda del filtro se recogió. Marcador M1 se colocó en 10,7 MHz (en el centro nominal del filtro IF) y la D2 marcador delta se colocó en la frecuencia de pico donde la señal de RF fue sintonizado a 433,92 MHz. El generador de señales se establece en 434.085MHz cuando el archivo. Si Spike estaba en M1, lo que confirma el cambio en la frecuencia del oscilador local La trama se ilustra en la Figura 1 muestra que la desintonización degrada la portadora en aproximadamente 7 dB. Información necesaria para la banda lateral demodulación ASK es realmente más atenuada, así como ser distorsionada debido a la ubicación no lineal de la curva de filtro.
Figura 1. Ancho de banda de filtro, mantenga pulsada la tecla de barrido máx.
Las entradas siguientes se utilizaron para las estimaciones de una capacidad de carga especificada del cristal a 8PF: MAX7034, C PAR = 1.8pF; C SHUNT= 0pF; C SER = 10000PF f 0 = 13.2256MHz; C 0 = 2.8pF; C L = 8.24pF, R1 = 60Ω; C1 = 11.1fF. Con estos valores, el cálculo tirando mostró una frecuencia de RF real de 434.0853MHz. A continuación, mediante la adición de valores experimentales de capacidad en paralelo, un par de condensadores de 10pF se ajustará la frecuencia de oscilación de nuevo al valor objetivo y, asumiendo que los valores de cristal otros están bien estimado, el margen de inicio será aceptable. El negativo de la resistencia de cálculo fue-291.5Ω, en comparación con el 4 × R1 de 240Ω. Esto dejó sobre-50Ω de margen adicional.
Como un intento de primer orden para mejorar la sensibilidad de la manifestación LFRD014 módulo, dos tapones de derivación 10pF se añadieron a C21 y C22. La frecuencia del oscilador de cristal resultante se confirmó que se ha mudado y ahora estaba operando a la frecuencia corregida de 13.226MHz.Después de ajustar el generador de RF que se centra de nuevo en 433.92, la sensibilidad se mide en a-107dBm. Esta mejora 12.4dB resultado de la sintonización apropiada de la frecuencia de referencia para el oscilador local.
Poniendo a punto al circuito tanque
El siguiente paso para optimizar el receptor es asegurarse de que el circuito tanque en la salida del LNA y entrada de la mezcladora está bien sintonizado a la frecuencia de operación. Esta fuera del chip inductor-condensador par proporciona un sintonizado, de alta impedancia del circuito que convierte la salida LNA corriente en una tensión, que a su vez se alimenta al mezclador en el chip.
Con el fin de medir la frecuencia de sintonización del circuito tanque, un analizador de redes que se necesita. Algunos de estos datos pueden ser recogidos de forma manual con un generador de RF y un analizador de espectro, pero un NA de dos puertos es la mejor herramienta para el trabajo. El estímulo de medición viene desde el puerto 1 de la AN, que está conectado a la entrada de LNA a través de la alimentación de la antena. La medición se realiza mediante el uso de una antena de sniffer conectado al puerto 2 del analizador de redes. Esta antena no sintonizada puede realizarse en estrecha proximidad a la inductancia del circuito tanque, donde será recoger las emisiones radiadas a la frecuencia resonante del circuito y proporcionar una medición de S21. El uso de una o 30dBm-20dBm de establecimiento de la fuente de energía se recomienda para evitar poner a la entrada del LNA a toda marcha.
Los valores de los componentes sugeridos para el circuito tanque son un inductor 27nH en paralelo con ningún condensador, simplemente para permitir que los parásitos de la PCB para actuar como el resonante elemento capacitivo. La frecuencia de resonancia de un circuito tanque se puede calcular de la siguiente ecuación:
Figura 2. Tanque de frecuencia del circuito antes de la afinación.
Las medidas iniciales de este circuito tanque mostró un pico alrededor de 480MHz y en la frecuencia de destino de 434 MHz, el sistema mostró una pérdida de 10 dB a partir de ese pico.
Dado que L3 = 27nH, la capacitancia parásita real puede ser extraído. Luego, con la misma ecuación, un valor sugerido para C7 puede ser calculado.
Para el funcionamiento del circuito en 480MHz, la parásita capacitancia C P sería de alrededor de 4.07pF:
Figura 3. Sintonizado circuito tanque.
Con la frecuencia resonante de destino de 434MHz, la capacitancia ideal se convierte en 4.98pF y por lo tanto la necesidad de capacitancia añadida para el circuito tanque es de aproximadamente 0.91pF:
Adición de un condensador 10PF a la ubicación C7 fue utilizado como un segundo paso para mejorar la sensibilidad de esta demostración LFRD014 módulo. Con el circuito tanque ajustada, la medición S21 indica el pico a ser muy cerca del objetivo de 434MHz. Una vez más, se midió la sensibilidad, ahora con tanto el cristal correctamente sintonizado y las correcciones circuito tanque parasitarias. Adición de tres condensadores dio lugar a una nueva sensibilidad-111dBm de. Esto es una mejora combinada 16.4dB del original basal resultado.
Receptor de banda base
La tasa de datos de destino de la banda de circuitos deben ser diseñados con la frecuencia de corte a 1,5 veces la tasa más rápida de datos esperado del emisor (como se recomienda en la hoja de datos de MAX7034 ). Más información sobre la banda base del receptor y la fragmentación de datos de circuitos se pueden encontrar en la nota de aplicación 3671, " Técnicas para la fragmentación de datos UHF ASK Receptores ". Dado que este diseño fue dirigido 1Kbps NRZ, la frecuencia de corte del filtro de datos sería 1.5kHz. ( codificación Manchester es recomendable. Ver nota de aplicación 3435, " La codificación Manchester de datos para las comunicaciones de radio "para más información.)
Para un Sallen-Key filtro Butterworth de datos:
Seleccionado el valor 1500PF condensador para C13.
Seleccionado el valor 750pF condensador para el C12.
La constante de tiempo del circuito RC proporciona un proceso de promedio que los filtros aún más la salida de datos de filtro para formar la tensión de umbral de la rebanadora datos comparador . Esta constante de tiempo se debe establecer en aproximadamente 10 veces el intervalo de bit de la velocidad de datos (1 kHz). El punto de partida R1 = 20k?, C17 = 0.47μF fue elegido, que está a sólo un intervalo de 1-bit.
El programa de instalación y uso operacional
En este diseño de referencia, el transmisor fue emulado primero utilizando un generador de RF de sobremesa y luego aplicado con fines de prueba de rango, utilizando una unidad portátil llavero.
Rango estimado
El rango previsto en un piso de área al aire libre sin obstrucciones se basa en los siguientes supuestos:
- f 0 = 433.92
- P PA = +10 dBm
- T T =-18dBi (valor típico para una antena de cuadro pequeño)
- h TX = 1 m
- h RX = 1 m
- G R = 4.14dBi (ideal 1/4λ antena = 5.14dBi)
- L CONR1 =-0.57dB
- Pérdida en el trayecto varía a una velocidad de R -4 debido a la interferencia suelo rebote
- Sensibilidad RX-fijado en -113 dBm
La estimación calculada de "campo abierto" rango es de aproximadamente 370 millones (ver nota de aplicación 5142, " presupuesto de Radio Enlace-Los cálculos de ISM-Productos RF "para más información).
Rango de prueba
Aunque no hay datos de referencia fueron tomadas, el sistema fue configurado para una prueba de "estacionamiento" rango utilizando el módulo de mejora de Rx. Un accesorio de pequeña fue montado para proveer de energía a partir de una alimentación de 5 V DC, y la línea de datos se ha configurado para ser visible en un osciloscopio para la evaluación de un pase / no distancia. La configuración del hardware se trasladó al aire libre, para la evaluación mediante una batería de 12V, un transmisor de llavero discreta como la fuente de señal.
Figura 4. Rango de las pruebas de configuración.
La configuración inicial usando una antena de 34cm se indica una señal de onda cuadrada a más de 50 metros. El cable de antena se cambió luego con un 17.2cm (1/4λ a 434MHz) de la antena y la prueba de rango se repitió. El rango indicado nueva era de 75m 80m. El rango de operación efectivo se espera que sea notablemente más dado un sistema de decodificación real en lugar de la cualitativa, visual "método osciloscopio."
Lista de componentes
La siguiente tabla proporciona una lista de los componentes utilizados para instalar en la placa Rx. Maxim recomienda de alta calidad, bobinados inductores de los componentes utilizados en el tablero.
| Designación | Cantidad | Descripción |
| C2 | 1 | PAC, 0.01μF, 10% |
| C1 C3 | 2 | PAC, 0.1μF, 10% |
| C14 | 1 | PAC, 0.47μF, 10% |
| C8-9 | 2 | PAC, 100pF, el 5% |
| C6 | 1 | PAC, 10pF, el 5% |
| C11 C13 | 2 | PAC, 1500PF, el 5% |
| C4 | 1 | PAC, 2.2pF, el 5% |
| C10 | 1 | PAC, 220pF, el 5% |
| C5 | 1 | PAC, 3.3pF, el 5% |
| C12 | 1 | PAC, 750pF, el 5% |
| C7 C21-22 | 3 | PAC, abierta |
| F1 | 1 | FLT \ MURATA \ SFTLA10M7FA00-B0, 10.7MHz |
| L3 | 1 | IND-MOLDEADO, 27nH, el 5% |
| L1 | 1 | IND-MOLDEADO, 33nH, el 5% |
| U2 | 1 | MAX7034 |
| R5-6 L2 | 3 | RES, 0Ω |
| R2-3 | 2 | RES, 10k |
| R1 | 1 | RES, 20kΩ |
| Y2 | 1 | XTAL-SMD, 13.2256Mhz |
| Costo total del Rx (aproximadamente cantidades de 1K): | Rx lista de materiales | $ 2.63 |
| PCB | $ 0,50 | |
| Como configurar | $ 3.13 | |
Esquemas
Más de la imagen más detallada. (PDF, 265KB)
Disposición
Notas relacionadas con la aplicación
Nota de aplicación 1017, " Cómo elegir un oscilador de cristal de cuarzo para el receptor superheterodino MAX1470 "
Nota de aplicación 2815, " Cálculo de la sensibilidad de un receptor ASK "
Nota de aplicación 3435, " la codificación de Manchester de datos para comunicaciones de radio "
Nota de aplicación 3671, " la fragmentación de datos Técnicas para receptores de UHF ASK "
Nota de aplicación 4636, " Evitar problemas comunes de diseño en PC en ISM-Productos RF "
Nota de aplicación 5142, " presupuesto de Radio Enlace-Los cálculos de ISM-Productos RF "
Nota de aplicación 2815, " Cálculo de la sensibilidad de un receptor ASK "
Nota de aplicación 3435, " la codificación de Manchester de datos para comunicaciones de radio "
Nota de aplicación 3671, " la fragmentación de datos Técnicas para receptores de UHF ASK "
Nota de aplicación 4636, " Evitar problemas comunes de diseño en PC en ISM-Productos RF "
Nota de aplicación 5142, " presupuesto de Radio Enlace-Los cálculos de ISM-Productos RF "
Apéndice I: Tx Rx y pruebas de rango
Los siguientes gráficos muestran las transmisiones de paquetes desde el llavero como decodificado por el receptor LFRD014. Estas parcelas se utiliza para indicar rango mediante la evaluación cualitativa de la señal recibida por el diseño de referencia. Desde un decodificador de juego no estaba disponible en el momento de la prueba, un rango de operación así no se determinó.
Rx de captura de datos del osciloscopio (zoom).
Rx de captura de datos del osciloscopio.
Rx de datos "fuera de rango" de ruido.
R & S es una marca registrada y marca de servicio registrada de Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG.
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