CN115149973A - 一种NB-Iot模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种NB‑Iot模组；通过改进电路，采用26MHZ晶振倍频产生824M~960Mhz的频率，同时利用多个π型匹配电路调节失配的匹配，保证所设计电路的相位和频率都匹配发射需求，集成双发射电路来同时满足高频率和低频率的信号发射需求，增加电路集成度，降低成本。

Description

一种NB-Iot模组

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种NB-Iot模组。

背景技术

NB-IoT全称NarrowBand–InternetofThing，是基于蜂窝网络的窄带物联网技术，具有广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点。近年来随着技术的不断创新应用，当前的物联网应用理念实现普及，在“智慧城市”建设中，物联网已经在环境、交通、市政、家居等领域广泛应用。在工业领域物联网也逐渐开始普及，如物联网仪表、物联网数据采集***等。基于NB-IoT网络的无线通信，与其他无线通信产品类似，在无数据发送时，NB-IoT电路处于空闲状态，消耗极小的电流；在进行数据发送时，与NB-IoT电路中的功率放大模块瞬时消耗极大的电流。目前NB电路及电路模组均采用全国通或全球通的电路，也可以设计一种只支持中国电信的电路专用于中国电信，或设计一款只支持***的电路转用于***，或者设计一款只支持***专用于***的电路，这种方案会带来设计过程中备货和物料的压力，电路成本偏高，目前国内市场主要由中国电信和***用量巨大。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种用于监控报警的NB-IoT电路”，其公告号CN209105160U，包括MCU处理器、分别与MCU处理器连接的NB-IoT模块、复位电路、监控接口模块、电源模块，分别与NB-IoT模块连接的天线模块、SIM卡模块、LED灯模块，电源模块分别与监控接口模块、LED灯模块、SIM卡模块、NB-IoT模块连接，复位电路与NB-IoT模块连接。该方案具备强链接、覆盖广、低功耗、低成本的优势，适用于各种监控报警设备的配套使用。然而该产品虽然降低了NB电路使用的功率，却仍然存在无法同时进行多频域信号传输，因此也无法同时适应中国电信和***双频段传输的要求。

发明内容

本发明主要针对现有NB-Iot电路无法同时适应中国电信和***双频段的信号传输、且生产成本较高的问题；提供了一种NB-Iot模组；通过将电路分为高功率发射电路和低功率发射回路，将高功率发射和低功率发射回路分别集成在同一电路当中，同时满足高频率和低频率的信号发射需求，增大电路的集成度，采用26MHZ晶振倍频产生824M~960Mhz的频率，同时利用多个π型匹配电路调节失配的匹配，满足设计电路的相位和频率都匹配发射需求，降低成本。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种NB-Iot模组，包括：

主芯片，用于发射和接收信号，采用26MHZ晶振倍频产生信号；

低功率发射回路，低功率发射回路和主芯片连接，用于发射高功率信号，并通过匹配电路匹配信号传输过程中失配的信号；

高功率发射回路，高功率发射回路和主芯片连接，用于发射低功率信号，并通过双匹配电路对信号进行失配匹配；

信号接收回路，信号接收回路和主芯片连接，用于接收天线传输的信号。

本发明采用双频段同时支持中国电信824Mhz~894Mhz，***880Mhz~960Mhz频段的NB电路及电路模组，采用26MHZ晶振倍频产生824M~960Mhz的频率，同时利用多个π型匹配电路调节失配的匹配，保证所设计电路的相位和频率都匹配发射需求，集成双发射电路来同时满足高频率和低频率的信号发射需求，增加电路集成度，大幅度降低了NB模组的成本。

作为优选，所述高功率发射模块包括依次连接的功率放大器，π型匹配电路1，低通滤波器，π型匹配电路2，高频开关，π型匹配电路3，天线；主芯片的RF_TX_LB2端口连接功率放大器的输入端。使用多个π型匹配电路对高功率发射信号进行调节改变，保证信号能够适应高功率发射回路的要求。

作为优选，所述功率放大器的VBAT的输入端由主芯片VDDVIB控制输出，包括主芯片，电容C67，电容C241，电容C451，电容C301；主芯片VDDVIB端口连接电容C67的第一端，电容C67的第二端接地；电容C67的第一端连接电容C241的第一端，电容C241的第二端接地；电容C241的第一端连接电容C451的第一端，电容C451的第二端接地；电容的第一端连接电容的第一端，电容的第二端接地，电容的第一端连接功率放大器的VBAT端口。功率放大器的VBAT由主芯片的VDDVIB输出VCC由主芯片的VDDWAP输出控制，再经过π型匹配电路1将阻抗匹配到功率放大器的效率和平均功率的中间，保证效率和性能最佳。

作为优选，功率放大器的VCC由主芯片的VDDWAP输出控制；包括主芯片，电感L3，电容C10，电容C11，电感L8，电容C30，电容C45，电容C24；电感L3的第一端连接主芯片的LX_WPA端口，电感L3的第二端连接电容C10的第一端，电容C10的第二端接地；电感L3的第二端连接电容C11的第一端，电容C11的第二端接地；电感L3的第二端连接主芯片的FB_WPA端口；电感L3的第二端连接电感L8的第一端，电感L8的第二端连接电容C30的第一端，电容C30的第二端接地；电容C30的第一端连接电容C45的第一端，电容C45的第二端接地；电容C45的第一端连接电容C24的第一端，电容C24的第二端接地，电容C24的第一端连接功率放大器的VCC端口。功率放大器的VBAT由主芯片的VDDVIB输出VCC由主芯片的VDDWAP输出控制，再经过π型匹配电路1将阻抗匹配到功率放大器的效率和平均功率的中间，保证效率和性能最佳。

作为优选，所述高功率发射模块的工作流程如下：

步骤s41、主芯片判断发送信号属于高功率信号；主芯片将高功率信号通过RF_TX_LB2发射口发射；

步骤s42、功率放大器PA将信号放大，通过π型匹配电路5匹配功率放大器的效率和平均功率；

步骤s43、将信号经过低通滤波器，将高于960MHZ的频段滤除；

步骤s44、信号经过π型匹配电路2调整失配的网络，并将调整后的信号传递至高频开关；

步骤s45、信号通过π型匹配电路3，将失配的匹配信号匹配到50欧姆，将信号传输至天线，发射结束。

通过筛选将高功率信号和低功率信号进行分门别类，并将高功率信号和低功率信号分别发送，通过匹配电路进行匹配，调整其中信号的相位和频率，保证发送的一致性，同时满足***的频率发射要求。当需要大功率输出时，通过RF_TX_LB2输出经过功率放大器放大后，再经过π型匹配电路1将阻抗匹配到功率放大器的效率和平均功率中间，保证效率和性能最佳，再经过低通滤波器将高于960Mhz的干扰信号滤除掉，包括二次谐波，再经过π型匹配电路2，将经过低通滤波器后失配情况进行调制，保证阻抗控制在50Ω，再通过高频开关的调控将信号传输至天线进行发射。

作为优选，所述低功率发射模块包括依次连接的π型匹配电路4，高频开关，π型匹配电路3，天线；主芯片的RX_TX_LB1端口连接π型匹配电路4的输出端。所述低功率发射模块的工作流程如下：

步骤s71、主芯片判断发送信号属于低功率信号；主芯片将低功率信号通过RF_TX_LB1发射口送至低功率发射回路；

步骤s72、低功率信号通过π型匹配电路4将失配的网络匹配到50Ω，并将调整后的信号传递至高频开关；

步骤s73、调整后的信号通过π型匹配电路3，将失配的匹配信号匹配到50欧姆，将信号传输至天线，发射结束。

通过筛选将高功率信号和低功率信号进行分门别类，并将高功率信号和低功率信号分别发送，通过匹配电路进行匹配，调整其中信号的相位和频率，保证发送的一致性，同时满足中国电信的频率发射要求。

作为优选，所述信号接收回路包括依次连接的天线，π型匹配电路3，高频开关，π型匹配电路5；π型匹配电路5的输出端连接主芯片的RX_RF_LB接口。所述信号接收回路的工作步骤如下：

步骤s91、天线接收信号，并将信号传递至π型匹配电路3；

步骤s92、经过π型匹配电路3将失配的匹配信号匹配到50Ω；

步骤s93、信号经过高频开关，并通过π型匹配电路5将失配的匹配信号匹配到50Ω；

步骤s94、信号经过π型匹配电路5被传输至主芯片的RX_RF_LB端口。

通过多次对匹配信号的调整，使接收的信号适应芯片。同时利用多个π型匹配电路调节失配的匹配保证所设计电路的相位和频率都匹配发射需求，采用集成双发射电路来同时满足高频率和低频率的信号发射需求，增加电路集成度，降低成本。

本发明的有益效果是：

通过将电路分为高功率发射电路和低功率发射回路，将高功率发射和低功率发射回路分别集成在同一电路当中，同时满足高频率和低频率的信号发射需求，增大电路的集成度，采用26MHZ晶振倍频产生824M~960Mhz的频率，同时利用多个π型匹配电路调节失配的匹配，满足设计电路的相位和频率都匹配发射需求，降低成本。

附图说明

图1为发明的总体电路图；

图2为高功率和低功率发射过程流程图；

图3为信号接收流程图；

图4为主芯片电路图；

图5为第一部分电路图；

图6为第二部分电路图；

图7为第三部分电路图。

具体实施方式

下面将详细介绍本发明实施例的示例性实施例。在下面的描述中提供了更具体的细节信息，以便提供对本发明实施例的全面理解。

一种NB-Iot模组，包括主芯片，第一晶振，低功率发射回路，高功率发射回路和信号接收回路；所述主芯片连接低功率发射回路的输入端；所述第一晶振为26MHZ，晶振通过作用可以产生824M~960Mhz的频率，第一晶振和主芯片连接；所述主芯片和高功率发射回路的输入端连接；所述信号接收回路的输出端连接主芯片。

所述高功率发射模块包括依次连接的功率放大器，π型匹配电路1，低通滤波器，π型匹配电路2，高频开关，π型匹配电路3，天线；高功率发射模块通过主芯片的RF_TX_LB2端口发射。所述功率放大器的VBAT输入端由主芯片VDDVIB控制输出，再经过π型匹配电路1将阻抗匹配到功率放大器的效率和平均功率的中间，保证效率和性能最佳，功率放大器的VCC由主芯片的VDDWAP输出控制；所述信号接收回路包括依次连接的天线，π型匹配电路3，高频开关，π型匹配电路5；π型匹配电路5的输出端连接主芯片的RX_RF_LB接口。

使用多个π型匹配电路对高功率发射信号进行调节改变，保证信号能够适应高功率发射回路的要求。不同的π型匹配电路匹配发射过程和接受过程中失配的匹配信号。通过电容和电感调节所述电路的相位。

所述高功率发射模块的工作流程如下：

步骤s41、主芯片对信号数据进行判断；若信号是高功率信号，主芯片通过RF_TX_LB2发射口发射；

步骤s42、功率放大器将信号放大，通过π型匹配电路5匹配功率放大器的效率和平均功率，保证效率和性能最佳；

步骤s43、将信号经过低通滤波器，将高于960MHZ的频段，即干扰信号滤除，滤除信号包括二次谐波；

步骤s44、信号经过π型匹配电路2调整失配的网络，并将调整后的信号传递至高频开关；

步骤s45、信号通过π型匹配电路3，将失配的匹配信号匹配到50Ω，再把信号传递到天线，即完成了高功率信号的发射。

所述低功率发射模块包括依次连接的π型匹配电路4，高频开关，π型匹配电路3，天线；通过主芯片的RX_TX_LB1端口发射，其工作流程如下：

步骤s71、主芯片将低功率信号通过RF_TX_LB1发射口送至低功率发射回路；

步骤s72、低功率信号通过π型匹配电路4将失配的网络匹配到50Ω，并将调整后的信号传递至高频开关；

步骤s73、调整后的信号通过π型匹配电路3，将失配的匹配信号匹配到50欧姆，将信号传输至天线，发射结束。

通过筛选将高功率信号和低功率信号进行分门别类，并将高功率信号和低功率信号分别发送，通过匹配电路进行匹配，调整其中信号的相位和频率，保证发送的一致性，同时满足中国电信的频率发射要求。

所述信号接收回路的工作步骤如下：

步骤s91、天线接收信号，并将信号传递至π型匹配电路3；

步骤s92、经过π型匹配电路3将失配的匹配信号匹配到50Ω；

步骤s93、信号经过高频开关，并通过π型匹配电路5将失配的匹配信号匹配到50Ω；

步骤s94、信号经过π型匹配电路5被传输至主芯片的RX_RF_LB端口。

所述π型匹配电路1包括电容C34，电容C35，电感L4；功率放大器的输出端连接电容C35的第一端，电容C35的第二端接地，电容C35的第一端连接电感L4的第一端，电感L4的第二端连接电容C34的第一端，电容C34的第二端接地，电感L4的第二端为π型匹配电路1的输出端；

所述π型匹配电路2包括电容C36，电容C37，电感L6；低通滤波器的输出端连接电容C37的第一端，电容C37的第二端接地，电容C37的第一端连接电感L6的第一端，电感L6的第二端连接电容C36的第一端，电容C36的第二端接地，电感L6的第二端为π型匹配电路2的输出端；

所述π型匹配电路3包括电容C41，电容C25，电容C42，电阻R20，；高频开关的ANT端口连接电容C41的第一端，电容C41第二端接地，电容C41的第一端连接电容C25的第一端，电容C24的第二端连接电容C42的第一端，电容C42的第二端接地；电容C25的第二端连接电阻R20的第一端，电阻R20的第二端连接D2的第一端，D2的第二端接地；电阻R20的第二端为π型匹配电路3的输出端；

所述π型匹配电路4包括电容C39，电容C38，电感L7，电容C28；主芯片RF_TX_LB1端口连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电容C38的第一端，电容C38的第二端接地，电容C38的第一端连接电感L7的第一端，电感L7的第二端连接电容C28的第一端，电容C28的第二端接地，电容C28的第一端为π型匹配电路4的输出端；

所述π型匹配电路5包括电容C71，电容C26，电容C27和电阻R14；高频开关的RF2端口连接电容C71的第一端，电容C71的第二端接地；电容C71的第一端连接电容C26的第一端，电容C26的第二端连接电容C27的第一端，电容C27的第二端接地，电容C26的第二端电阻R14的第一端，电阻R14的第二端为π型匹配电路5的输出端。

不同的π型匹配电路匹配发射过程和接受过程中失配的匹配信号。通过电容和电感调节所述电路的相位。

本发明采用双频段同时支持中国电信824Mhz~894Mhz，***880Mhz~960Mhz频段的NB电路及电路模组，采用26MHZ晶振倍频产生824M~960Mhz的频率，同时利用多个π型匹配电路调节失配的匹配，保证所设计电路的相位和频率都匹配发射需求，集成双发射电路来同时满足高频率和低频率的信号发射需求，增加电路集成度。采用全新的电路设计思路，大幅度降低了NB模组的成本，单个模组成本节约约3元左右，中国市场去年一年有5000万的份额，则直接带来的3元*5000万=1.5亿的经济效益。

Claims (8)

1.一种NB-Iot模组，其特征是，包括：

主芯片，用于发射和接收信号，采用26MHZ晶振倍频产生信号；

低功率发射回路，低功率发射回路和主芯片连接，用于发射高功率信号，并通过匹配电路匹配信号传输过程中失配的信号；

高功率发射回路，高功率发射回路和主芯片连接，用于发射低功率信号，并通过双匹配电路对信号进行失配匹配；

信号接收回路，信号接收回路和主芯片连接，用于接收天线传输的信号。

2.如权利要求1所述的一种NB-Iot模组，其特征是，所述高功率发射模块包括依次连接的天线，π型匹配电路3，高频开关，π型匹配电路2，低通滤波器，π型匹配电路1，功率放大器；其中功率放大器的输入端连接主芯片的RF_TX_LB2端口。

3.如权利要求2所述的一种NB-Iot模组，其特征是，主芯片VDDVIB控制对功率放大器的VBAT输入端的输出，所述主芯片至功率放大器的回路包括主芯片，电容C451，电容C67，电容C301和电容C241；主芯片VDDVIB端口连接电容C67的端口1，电容C67的端口2接GND；电容C67的端口1连接电容C241的端口1，电容C241的端口2接GND；电容C241的端口1连接电容C451的端口1，电容C451的端口2接GND；电容C451端连接电容C301的端口1，电容C301的端口2接GND，电容C301的端口1连接功率放大器的VBAT端口。

4.如权利要求2所述的一种NB-Iot模组，其特征是，功率放大器的VCC由主芯片的VDDWAP输出控制；包括主芯片，电感L3，电容C10，电容C11，电感L8，电容C30，电容C45，电容C24；电感L3的端口1连接主芯片的LX_WPA端口，电感L3的端口2连接电容C10的端口1，电容C10的端口2接GND；电感L3的端口2连接电容C11的端口1，电容C11的端口2接GND；电感L3的端口2连接主芯片的FB_WPA端口；电感L3的端口2连接电感L8的端口1，电感L8的端口2连接电容C30的端口1，电容C30的端口2接GND；电容C30的端口1连接电容C45的端口1，电容C45的端口2接GND；电容C45的端口1连接电容C24的端口1，电容C24的端口2接GND，电容C24的端口1连接功率放大器的VCC端口。

5.如权利要求2所述的一种NB-Iot模组，其特征是，所述高功率发射模块按照如下步骤工作：

步骤s41，主芯片判断发送信号是否为高功率信号；若是高功率信号，则主芯片经由RF_TX_LB2端口发射该信号；

步骤s42，功率放大器PA将信号放大，通过π型匹配电路5匹配功率放大器的效率和平均功率；

步骤s43，将信号传递至低通滤波器并滤除高于960MHZ的频段；

步骤s44，信号经过π型匹配电路2调整失配的网络；

步骤s45，调整后的信号被传送至高频开关，信号通过π型匹配电路3，匹配失配的匹配信号至50Ω，此时再将信号传输到天线进行发送，发射结束。

6.如权利要求1所述的一种NB-Iot模组，其特征是，所述低功率发射模块包括依次连接的天线，π型匹配电路3，高频开关和π型匹配电路4；主芯片的RX_TX_LB1端口连接π型匹配电路4的输出端。

7.如权利要求6所述的一种NB-Iot模组，其特征是，低功率发射模块按照如下步骤进行：

步骤s71，主芯片判断发送信号的类别，若为需要发送的信号为低功率信号；主芯片通过RF_TX_LB1端口发送低功率信号至低功率发射回路；

步骤s72，低功率信号通过π型匹配电路4匹配失配的网络至50Ω；

步骤s73，将调整后的信号传递到高频开关，高频开关将信号传递至π型匹配电路3，π型匹配电路3匹配失配的匹配信号至50Ω，

步骤S74，将调整后的信号传输到天线，完成此次发射。

8.如权利要求1所述的一种NB-Iot模组，其特征是，信号接收回路包括依次连接的π型匹配电路5，高频开关，π型匹配电路3和天线；主芯片的RX_RF_LB端口和π型匹配电路5的输出端连接；信号接收回路按照工作流程如下：

步骤s91，所述天线接收并发送信号至π型匹配电路3；

步骤s92，π型匹配电路3匹配失配的匹配信号至50Ω；

步骤s93，信号传递经过高频开关，

步骤S94，π型匹配电路5匹配失配的匹配信号至50Ω；

步骤s95，主芯片的RX_RF_LB端口接收由π型匹配电路5传递来的信号数据。

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