CN107800785B - 一种带自适应功能的窄带物联网模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带自适应功能、应用范围广的窄带物联网模组包括：主控单元、TX阻抗匹配单元、RX阻抗匹配单元、自动增益控制单元、高增益放大器、逻辑控制开关及天线匹配单元；主控单元通过TX阻抗匹配单元分别与高增益放大器和逻辑控制开关连接，主控单元依次与自动增益控制单元、高增益放大器和逻辑控制开关连接，天线匹配单元依次与逻辑控制开关、RX阻抗匹配单元、主控单元连接；在短距离传输时，主控单元的发射功率通过TX阻抗匹配单元、逻辑控制开关、天线匹配单元进行发射，实现高效率的传输；在远距离传输时，主控单元的发射功率通过自动增益控制单元、高增益放大器、逻辑控制开关和天线匹配单元进行处理并传输，实现大功率传输。

Description

一种带自适应功能的窄带物联网模组

技术领域

本发明涉及窄带物联网领域，特别是涉及一种带自适应功能、应用范围广的窄带物联网模组。

背景技术

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。由于新技术终带来的广阔市场，相关的终端产品方兴未艾般的涌现。NB-IoT技术从诞生开始，已经渗透到智能计量、物业监控、农业、船队和物流管理等物联网的方方面面。由于应用场景和环境条件大相径庭，给NB-IoT产品带来前所未有的挑战。

现阶段，NB-IOT设备终端应用于智慧城市，户外计量，物流管理等社会生活的方方面面。但由于应用场景不同，NB-IOT设备终端的要求也不相同。如城市中智能物流***，终端间的通讯距离无需太远，但要求抗电磁干扰能力很强；新型MTC(机器型态通讯)，可用于森林、农业计量，但它们通常安装在信号覆盖的偏远地区甚至是盲区，现有的短距离通信网络和移动蜂窝网络都难以覆盖这些区域，对终端设备的远距离传输能力要求很高。而目前市场上多数NB-IOT设备只能针对特定的应用场景进行开发和使用，开发周期长，应用范围窄，可移植性差，产品成本高等问题难以解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种带自适应功能、应用范围广的窄带物联网模组。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种带自适应功能、应用范围广的窄带物联网模组,包括：主控单元、TX阻抗匹配单元、RX阻抗匹配单元、自动增益控制单元、高增益放大器、逻辑控制开关及天线匹配单元；

所述主控单元通过所述TX阻抗匹配单元分别与所述高增益放大器和所述逻辑控制开关连接，所述主控单元依次与所述自动增益控制单元、所述高增益放大器和所述逻辑控制开关连接，所述天线匹配单元依次与所述逻辑控制开关、所述RX阻抗匹配单元、所述主控单元连接；

在短距离传输时，主控单元的发射功率通过TX阻抗匹配单元、逻辑控制开关、天线匹配单元进行发射，实现高效率的传输；在远距离传输时，主控单元的发射功率通过自动增益控制单元、高增益放大器、逻辑控制开关和天线匹配单元进行处理并传输，实现大功率传输。

作为进一步优选的方案，所述主控单元包括处理器、LAN、信号检测器和比较器，所述LAN依次经所述信号检测器、所述比较器与所述处理器连接，所述LAN还与所述RX阻抗匹配单元连接，所述处理器分别与所述TX阻抗匹配单元和所述自动增益控制单元连接。

作为进一步优选的方案，所述天线匹配单元还连接有天线。

作为进一步优选的方案，所述TX阻抗匹配单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2及TX滤波器；

所述第一电阻R1的一端分别与所述高增益放大器和所述第一电容C1连接，另一端与所述TX滤波器的1脚连接，所述第一电容C1的另一端接地；

所述TX滤波器的3脚分别与所述第二电容C2和所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电容C2的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与所述逻辑控制单元连接。

作为进一步优选的方案，所述RX阻抗匹配单元包括第三电容C3、第四电容C4、第三电阻R3和RX滤波器；

所述RX滤波器的1脚经所述第三电阻R3后与所述逻辑控制开关连接，所述第三电阻R3的一端经所述第三电容C3后接地，另一端经所述第四电容C4后接地。

作为进一步优选的方案，所述高增益放大器包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和放大器U9；

所述第五电容C5的一端接地，另一端经所述第六电容C6、第七电容C7后接地，所述第六电容C6还与所述放大器U9的2脚连接，所述放大器U9的9脚分别与所述第八电容C8和第九电容C9的一端连接，所述第八电容C8的另一端接地，所述第九电容C9的另一端与所述TX阻抗匹配单元连接。

作为进一步优选的方案，所述逻辑控制开关包括控制开关U8、第十电容C10和第一电感L1；

所述控制开关U8的9脚经所述第一电感L1、所述第十电容C10后接地。

作为进一步优选的方案，所述自动增益控制单元包括增益控制器U2、第十电阻R10、第十一电容C11、第十二电容C12和第二电感L2；

所述增益控制器U2的VIN脚与所述主控单元连接，且VIN脚经所述第十二电容C12接地，还经所述第十电阻R10、所述第十一电容C11后接地；所述增益控制器U2的SW脚经所述第二电感与所述第十一电容C11连接。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

1、本发明为一种带自适应功能、应用范围广的窄带物联网模组，其发射信号强度由实际接收到的电平强弱和质量而定，在城市短距离传输时，产品发射功率直接通过TX阻抗匹配单元和天线匹配单元进行发射，既可以保证信号质量，又能够有效减少供电损耗；并且，工作在户外甚至偏远山区场景下，天线的发射端需经过高增益放大器进行处理并传输，能够确保设备与基站的正常连接和通讯。

2、本发明通过设有高增益放大器、逻辑控制开关、阻抗匹配单元以及主控单元中的信号检测器、比较器等，使信号经过网络匹配，保证精准无失真传输到后端处理器并对接收信号自动检测判断，以确认逻辑控制开关和放大倍数的选择。使得本发明的模组可以适用于各种应用场景，提高了NB-IOT模组的通用性。

3、本发明的窄带物联网模组具有应用范围广、可移植性强、成本低的特点，使得具有良好的推广前景。

附图说明

图1为本发明的带自适应功能、应用范围广的窄带物联网模组的原理框图；

图2为图1的窄带物联网模组的电路原理图；

图3为图1的自动增益控制单元的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

请参阅图1-2，本发明提供一种带自适应功能、应用范围广的窄带物联网模组10，包括：主控单元100、TX阻抗匹配单元200、RX阻抗匹配单元300、自动增益控制单元400、高增益放大器500、逻辑控制开关600及天线匹配单元700。需要说明的是，所述TX阻抗匹配单元200用于最大程度的消除电磁干扰带来的影响，保证信号的高质量传输；所述RX阻抗匹配单元300用于滤除电磁干扰，具备30dB的基波抑制能力和55dB以上的谐波抑制能力；所述高增益放大器500用于放大传输功率，最高放大倍数达到30dB以上，为远距离传输提供硬件支持；所述逻辑控制开关600用于进行TX/RX的选择。

所述主控单元100通过所述TX阻抗匹配单元200分别与所述高增益放大器500和所述逻辑控制开关600连接，所述主控单元100依次与所述自动增益控制单元400、所述高增益放大器500和所述逻辑控制开关600连接，所述天线匹配单元700依次与所述逻辑控制开关600、所述RX阻抗匹配单元300、所述主控单元100连接。

还需要说明的是，所述窄带物联网模组还包括选择控制开关U4、第五电阻R5和第十三电容C13；所述第五电阻R5和所述第十三电容C13串联连接组成滤波单元，所述第五电阻R5的一端与所述主控单元连接，另一端与所述选择控制开关U4的ANT脚连接，所述选择控制开关U4的RF1脚与所述高增益放大器连接。具体的，U4是TX选择控制开关，根据芯片后端对信号的检测结果来控制TX直接进行网络匹配输出，或者通过PA输出。

在短距离传输时，主控单100的发射功率通过TX阻抗匹配单元200、逻辑控制开关600、天线匹配单元700进行发射，实现高效率的传输；在远距离传输时，主控单元100的发射功率通过自动增益控制单元400、高增益放大器500、逻辑控制开关600和天线匹配单元700进行处理并传输，实现大功率传输。

进一步的，所述主控单元100包括处理器110、LAN120、信号检测器130和比较器140，所述LAN120依次经所述信号检测器130、所述比较器140与所述处理器110连接，所述LAN120还与所述RX阻抗匹配单元300连接，所述处理器110分别与所述TX阻抗匹配单元200和所述自动增益控制单元300连接。

需要说明的是，所述天线匹配单元还连接有天线。

进一步的，所述TX阻抗匹配单元200包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2及TX滤波器FILT1；

所述第一电阻R1的一端分别与所述高增益放大器和所述第一电容C1连接，另一端与所述TX滤波器FILT1的1脚连接，所述第一电容C1的另一端接地；所述TX滤波器的1脚为IN/OUT管脚。

所述TX滤波器FILT2的3脚分别与所述第二电容C2和所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电容C2的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与所述逻辑控制单元600连接。所述TX滤波器FILT1的1脚为OUT/IN管脚。

所述RX阻抗匹配单元300包括第三电容C3、第四电容C4、第三电阻R3和RX滤波器FILT2；

所述RX滤波器FILT2的1脚经所述第三电阻R3后与所述逻辑控制开关600连接，所述第三电阻R3的一端经所述第三电容C3后接地，另一端经所述第四电容C4后接地。所述RX滤波器FILT2的1脚的IN管脚。

所述高增益放大器500包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和放大器U9；

所述第五电容C5的一端接地，另一端经所述第六电容C6、第七电容C7后接地，所述第六电容C6还与所述放大器U9的2脚连接，所述放大器U9的9脚分别与所述第八电容C8和第九电容C9的一端连接，所述第八电容C8的另一端接地，所述第九电容C9的另一端与所述TX阻抗匹配单元200连接。

所述逻辑控制开关600包括控制开关U8、第十电容C10和第一电感L1；所述控制开关U8的9脚经所述第一电感L1、所述第十电容C10后接地。

请参阅图3，所述自动增益控制单元400包括增益控制器U2、第十电阻R10、第十一电容C11、第十二电容C12和第二电感L2；

所述增益控制器U2的VIN脚与所述主控单元100连接，且VIN脚经所述第十二电容C12接地，还经所述第十电阻R10、所述第十一电容C11后接地；所述增益控制器U2的SW脚经所述第二电感与所述第十一电容C11连接。

以高增益PA、逻辑控制部分和网络匹配部分线路为核心，以后端的电平检测器、比较单元等功能模块为基础，信号经过网络匹配，保证精准无失真传输到后端处理单元并对接收信号自动检测判断，以确认PA逻辑的开关和放大倍数的选择。产品可以适用于3GPP的各种应用场景，成为一款通用性极强的NB-IOT模组。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种带自适应功能的窄带物联网模组，其特征在于，包括：主控单元、TX阻抗匹配单元、RX阻抗匹配单元、自动增益控制单元、高增益放大器、逻辑控制开关及天线匹配单元；

所述主控单元通过所述TX阻抗匹配单元分别与所述高增益放大器和所述逻辑控制开关连接，所述主控单元依次与所述自动增益控制单元、所述高增益放大器和所述逻辑控制开关连接，所述天线匹配单元依次与所述逻辑控制开关、所述RX阻抗匹配单元、所述主控单元连接；所述主控单元包括处理器、LAN、信号检测器和比较器，所述LAN依次经所述信号检测器、所述比较器与所述处理器连接，所述LAN还与所述RX阻抗匹配单元连接，所述处理器分别与所述TX阻抗匹配单元和所述自动增益控制单元连接;

所述窄带物联网模组还包括选择控制开关U4、第五电阻R5和第十三电容C13；所述第五电阻R5和所述第十三电容C13串联连接组成滤波单元，所述第五电阻R5的一端与所述主控单元连接，另一端与所述选择控制开关U4的ANT脚连接，所述选择控制开关U4的RF1脚与所述高增益放大器连接，所述选择控制开关U4是TX的选择控制开关，根据芯片后端对信号的检测结果来控制TX直接进行网络匹配输出，或者通过PA输出;

在短距离传输时，主控单元的发射功率通过TX阻抗匹配单元、逻辑控制开关、天线匹配单元进行发射，实现高效率的传输；在远距离传输时，主控单元的发射功率通过自动增益控制单元、高增益放大器、逻辑控制开关和天线匹配单元进行处理并传输，实现大功率传输,所述逻辑控制开关包括控制开关U8、第十电容C10和第一电感L1，所述控制开关U8的9脚经所述第一电感L1、所述第十电容C10后接地；

所述控制开关U8的9脚经所述第一电感L1、所述第十电容C10后接地；所述天线匹配单元还连接有天线。

2.根据权利要求1所述的带自适应功能的窄带物联网模组，其特征在于，所述TX阻抗匹配单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2及TX滤波器；

所述第一电阻R1的一端分别与所述高增益放大器和所述第一电容C1连接，另一端与所述TX滤波器的1脚连接，所述第一电容C1的另一端接地；

所述TX滤波器的3脚分别与所述第二电容C2和所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电容C2的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与逻辑控制单元连接。

3.根据权利要求1所述的带自适应功能的窄带物联网模组，其特征在于，所述RX阻抗匹配单元包括第三电容C3、第四电容C4、第三电阻R3和RX滤波器；

所述RX滤波器的1脚经所述第三电阻R3后与所述逻辑控制开关连接，所述第三电阻R3的一端经所述第三电容C3后接地，另一端经所述第四电容C4后接地。

4.根据权利要求1所述的带自适应功能的窄带物联网模组，其特征在于，所述高增益放大器包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9和放大器U9；

所述第五电容C5的一端接地，另一端经所述第六电容C6、第七电容C7后接地，所述第六电容C6还与所述放大器U9的2脚连接，所述放大器U9的9脚分别与所述第八电容C8和第九电容C9的一端连接，所述第八电容C8的另一端接地，所述第九电容C9的另一端与所述TX阻抗匹配单元连接。

5.根据权利要求1所述的带自适应功能的窄带物联网模组，其特征在于，所述自动增益控制单元包括增益控制器U2、第十电阻R10、第十一电容C11、第十二电容C12和第二电感L2；

所述增益控制器U2的VIN脚与所述主控单元连接，且VIN脚经所述第十二电容C12接地，还经所述第十电阻R10、所述第十一电容C11后接地；所述增益控制器U2的SW脚经所述第二电感与所述第十一电容C11连接。