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=20

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