CN203225743U

CN203225743U - 物联网能源计量无线收发设备

Info

Publication number: CN203225743U
Application number: CN2013202543291U
Authority: CN
Inventors: 程体飞; 赵勇; 胡芸华
Original assignee: Chengdu Qianjia Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Qianjia Technology Co Ltd
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2023-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种物联网能源计量无线收发设备。本实用新型无线收发设备包括SX127X无线收发芯片，SX127X无线收发芯片的射频输入端通过输入阻抗匹配电路连接单刀双掷开关，其射频输出端口通过输出阻抗匹配电路与单刀双掷开关连接；无线收发设备PCB采用四层布局方式将所有元器件安装于同一块PCB板的同一层，各层接地端之间通过过孔连接；无线收发设备上还设置有屏蔽盖。由于本实用新型无线收发设备中采用SX127X无线收发芯片，且采用四层PCB布局的方案，并设有输入/输出阻抗匹配电路、屏蔽盖，提高了设备的稳定性和抗干扰能力，通信质量好。

Description

物联网能源计量无线收发设备

技术领域

本实用新型涉及射频电路设计领域，特别涉及一种物联网能源计量无线收发设备。

背景技术

在物联网能源计量领域中，无线收发设备基本上采用FSK/GFSK调制方式的射频收发芯片，在实际的应用场合下容易受到同频干扰、多径干扰而影响通信质量。Semtech公司的SX127X扩频收发芯片，工作频段900M～940M可选，单个SX127X扩频收发芯片在***供电2.5V下，输出功率可达17dBm，电流消耗约95mA，在扩展因子12个、125KHZ带宽下接收灵敏度可达-136dBm，电流消耗约10mA。SX127X是一款高性能、低功耗的无线收发芯片，适用于物联网能源计量无线收发设备。

欲通过使用SX127X无线收发芯片更好的提高无线收发设备的抗干扰能力，提高通信质量，需要有较好的***电路保障无线收发设备的稳定性和阻抗匹配。目前常用的无线收发设备中，多采用两层板的硬件方式，两层布板方式难免使得有些走线把两层板的地层分割开来，不能形成一个完整的参考地，因此无线收发设备在使用过程中容易导致不稳定。采用SX127X收发芯片无需在射频发射链路上添加PA（Power amplifier，功率放大器）、射频接收链路上添加LNA（Low Noise Amplifier，低噪声放大器）来满足应用要求，这样就降低了无线收发设备中设计的难度与整体成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种抗干扰能力强、稳定性好、阻抗匹配的物联网能源计量无线收发设备。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种物联网能源计量无线收发设备，包括无线收发芯片、LDO供电电路、时钟电路和天线，所述LDO供电电路和时钟电路均与无线收发芯片连接，所述无线收发芯片通过单刀双掷开关与天线连接，所述无线收发芯片为SX127X无线收发芯片，SX127X无线收发芯片的射频输入端口与单刀双掷开关之间连接有输入阻抗匹配电路，SX127X无线收发芯片的射频输出端口与单刀双掷开关之间连接有输出阻抗匹配电路；所述无线收发设备PCB布局叠层为四层，所述SX127X无线收发芯片、LDO供电电路、时钟电路、射频接收链路和射频发射链路均安装于同一块PCB板的同一层上，其余三层分布有连接线，各层接地端之间通过过孔连接；所述无线收发设备上还设置有屏蔽盖。

进一步的，所述无线收发设备PCB板的四层布局中，第一层为射频走线层，第二层为地层，第三层为信号控制走线，第四层为电源层。

作为本实用新型的优选方案，上述物联网能源计量无线收发设备中，所述天线与低通滤波电路的连接端设有TVS管，所述TVS管接地，所述LDO供电电路的输入端设置有ESD抑制器。SX127X无线收发芯片的射频输入端口和射频输出端口均设有TVS管，所述LDO供电电路设置有ESD抑制器，提高了无线收发设备的防护ESD等级，保证了无线收发设备的可靠性。

作为本实用新型的优选方案，所述时钟电路与SX127X无线收发芯片的连接端设有匹配电容。

作为本实用新型的优选方案，所述LDO供电电路的输入端和输出端均设有滤波电容。滤波电容对电源进行滤波处理。

作为本实用新型的优选方案，所述SX127X无线收发芯片连接有***接口器件。***接口器件实现设备与***设备的连接，增加设备的扩展性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果为：

本实用新型无线收发设备采用SX127X无线收发芯片，采用扩频通信技术，无线收发设备的抗干扰能力强，可进行扩频多址通信，具有很强的信息保密性，具有很强的抗衰落、多径能力。无线收发设备PCB板采用四层布局的硬件方式，将所有的元器件布置于同一PCB板的同一层上，其余三层用于走线，各层面板地之间用过孔连接，形成一个完整统一的参考地，提高了设备的稳定性；同时所有的元器件布置于同一PCB板的同一层，也减少了射频接收链路和射频发射链路上的过孔数量，从而减小过孔带来的寄生参量与阻抗突变，能有效的保证微带线阻抗的一致性。射频接收链路和射频发射链路上的输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路也保证了链路阻抗的一致性。无线收发设备上设有屏蔽盖，屏蔽盖可保证无线收发设备的电磁兼容性，可以阻隔外界的干扰，也阻隔了设备干扰其他电子***。并且设备上加装了屏蔽盖，有效的提高了设备使用过程中的抗干扰的能力。

由于本实用新型无线收发设备中的SX127X无线收发芯片的RFI端口和RFO端口均设有TVS管，LDO供电电路设有ESD抑制器，提高了无线收发设备的防护ESD等级。

附图说明：

图1为本实用新型物联网能源计量无线收发设备中SX127X无线收发芯片电路图。

图2为本实用新型物联网能源计量无线收发设备中射频接收链路和射频发射链路图。

图3为本实用新型物联网能源计量无线收发设备中LDO供电电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1、图2，本实施例列举的物联网能源计量无线收发设备，包括SX127X无线收发芯片10、LDO（low dropout regulator，低压差线性稳压器）供电电路70、时钟电路30和天线，所述LDO供电电路70和时钟电路30均与SX127X无线收发芯片10连接， LDO供电电路70为SX127X无线收发芯片10供电。所述SX127X无线收发芯片10的RFI端口通过射频开关60（射频开关为单刀双掷开关）与天线连接组成射频接收链路，射频开关60的RFCOM引脚通过电容C17与天线连接，SX127X无线收发芯片10的PA_BOOST端口和VR_PA端口通过该射频开关60与天线连接组成射频发射链路，即射频接收链路与射频发射链路通过射频开关进行切换。SX127X无线收发芯片10的RFI端口与射频开关之间设有输入阻抗匹配电路50，PA_BOOST端口与射频开关之间设有输出阻抗匹配电路40，通过输入阻抗匹配电路50和输出阻抗匹配电路40实现阻抗匹配。如图2中所示，输入阻抗匹配电路50包括串联的电容C16、电阻R1、电感L5，电容C16连接射频开关60的RF2引脚，电感L5连接SX127X无线收发芯片10的RFI端口，SX127X无线收发芯片10的RFI端口通过电容C14接地，电阻R1与电感L5之间并联有电容C15，电容C15接地。输出阻抗匹配电路40包括串联的电感L2、电容C9、电感L3、电感L4，电感L4连接射频开关60的RF1引脚，电感L2连接SX127X无线收发芯片10的PA_BOOST端口，电感L4的两端并联有电容C12，电感L4的两端分别通过C11、C13接地。电感L2与电容C9之间连接有电容C10，电容C10接地。电感L2与电容C9之间还连接有串联的电感L1和电容C7，电容C7接地，SX127X无线收发芯片10的VR_PA端口连接电容C7，并通过电容C8接地。

所述无线收发设备PCB板布局叠层为四层，所述SX127X无线收发芯片10、LDO供电电路70、时钟电路30、射频接收链路和射频发射链路均安装于同一块PCB板的同一层上，其余三层分布有连接线，各层接地端之间通过过孔连接，形成一个完整统一的参考地，提高设备的稳定性。所有的元器件布置于同一层面板上，这样可以减少射频链路上的过孔数量，从而减小过孔带来的寄生参量与阻抗突变，能有效的保证微带线阻抗的一致性。本实施例中，第一层为射频器件走线，第二层为地层，第三层为电源，第四层为信号控制走线。在微带线特性阻抗为50欧、介质介电系数一定的条件下，第一层微带线与第二层地的距离决定了微带线的线宽，微带线的宽度约为该距离的两倍。第一层微带线走线应避免走直角。PCB板中覆地必须要求没有孤岛、毛刺的存在。

为了保证无线收发设备的电磁兼容性，在设备上加装屏蔽盖，这样可以很好阻隔外界的干扰，也可阻隔无线收发设备干扰其他电子***。在设备面积一定的情况下，为了防止元器件与屏蔽盖有短路现象，电路布局必须考虑元器件与屏蔽盖之间的安全间距，安全距离一般为0.5mm。

所述天线与低通滤波电路60的连接端设有TVS管（图2中所示为D2），TVS管接地，即射频发射链路的输入端/射频接收链路的输出端设有TVS管，有效的提高了设备使用过程中的抗干扰的能力。

如图3所示，所述LDO供电电路70的输入端VCC连接有ESD抑制器（PESD管，图3中所示为D1），PESD管对LDO供电电路进行静电防护。LDO供电电路70的输入端VCC与一个接口器件连接，该接口器件其中六个引脚连接至SX127X无线收发芯片的RESET引脚、SCK引脚、SO引脚、SI引脚、NSS引脚和RFMOD引脚。所述LDO供电电路输出端为SX127X无线收发芯片供电，所述LDO供电电路输入端和输出端并联有滤波电容（图3中的C18，C19），并联的滤波电容可对电源进行滤波处理。VCC为5V供电，V为2.5V供电。

所述SX127X无线收发芯片通过XTA引脚和XTB引脚连接时钟电路，时钟电路30为晶体管电路。时钟电路30与XTA引脚之间连接有匹配电容C2，匹配电容C2接地，时钟电路30与XTB引脚之间连接有并联的匹配电容C1、C21，C1、C21接地，增强了无线收发设备的运行***环境的适应性，通过配置晶体管的参数使得时钟电路精度高，无线收发设备可应用于多种应用环境。时钟电路区域下面没有任何信号走线，防止时钟信号对其他控制信号造成干扰。

所述SX127X无线收发芯片的DIO0引脚、DIO1引脚、DIO2引脚、DIO3引脚、DIO4引脚、 DIO5引脚为无线收发设备的对外接口，连接有***接口器件20，该***接口器件20的其中两个引脚连接射频开关的TXEN引脚和RXEN引脚。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种物联网能源计量无线收发设备，包括无线收发芯片、LDO供电电路、时钟电路和天线，所述LDO供电电路和时钟电路均与无线收发芯片连接，所述无线收发芯片通过单刀双掷开关与天线连接，其特征在于，所述无线收发芯片为SX127X无线收发芯片，SX127X无线收发芯片的射频输入端口与单刀双掷开关之间连接有输入阻抗匹配电路，SX127X无线收发芯片的射频输出端口与单刀双掷开关之间连接有输出阻抗匹配电路；所述无线收发设备PCB布局叠层为四层，所述SX127X无线收发芯片、LDO供电电路、时钟电路、射频接收链路和射频发射链路均安装于同一块PCB板的同一层上，其余三层分布有连接线，各层接地端之间通过过孔连接；所述无线收发设备上还设置有屏蔽盖。

2.根据权利要求1所述的物联网能源计量无线收发设备，其特征在于，所述PCB板的四层布局中，第一层为射频走线层，第二层为地层，第三层为信号控制走线，第四层为电源层。

3.根据权利要求1所述的物联网能源计量无线收发设备，其特征在于，所述时钟电路与SX127X无线收发芯片的连接端设有匹配电容。

4.根据权利要求3所述的物联网能源计量无线收发设备，其特征在于，所述天线与低通滤波电路的连接端设有TVS管，所述TVS管接地，所述LDO供电电路的输入端设置有ESD抑制器。

5.根据权利要求4所述的物联网能源计量无线收发设备，其特征在于，所述LDO供电电路的输入端和输出端均设有滤波电容。

6.根据权利要求4所述的物联网能源计量无线收发设备，其特征在于，所述SX127X无线收发芯片连接有***接口器件。