一种远距离无线传输低功耗电路的制作方法

1.本实用新型涉及数据无线传输技术领域，特别是一种远距离无线传输低功耗电路。

背景技术：

2.市面上现有的无线传输系统组成主要有mcu、无线收发模块、供电电路和按键电路。当通过按钮选好发射模式并按下发射键，mcu输出相应模式下的信号给到无线收发模块。无线收发模块中的功率放大器部分完成信号放大后，送至发射端口经由天线辐射信号。市场上的无线传输系统有些虽然功耗小，但是发射功率也很低；有的虽然提高了传输距离，但是系统功率也随之增加，整体功耗变大，无法同时满足信号的远距离且高速率传输要求。

技术实现要素：

3.针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种远距离无线传输低功耗电路，可有效解决现有系统无法同时满足信号的远距离且高速率传输要求的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型解决的技术方案是，一种远距离无线传输低功耗电路，包括dc-dc模块，所述的dc-dc模块和低压差线性稳压器接+5v电源，dc-dc模块的输出端与无线芯片mcu的电源输入端相连，无线芯片mcu信号端与无线传输模块的信号端双向连接，无线传输模块的电源输入端与低压差线性稳压器的输出端相连，无线传输模块的信号端与天线的信号端双向相连。
5.本实用新型提高了无线收发模块的输出功率幅度，在有限的接收机灵敏度范围内，使其信号可以在更远地距离被接收到，整机功耗小，同时兼备了远距离和低功耗传输两个方面，延伸了该模块的应用场景，有良好的社会和经济效益。
附图说明
6.图1是本实用新型电路原理框图。
7.图2是本实用新型无线芯片mcu外围电路原理图。
8.图3是本实用新型无线芯片mcu供电电路原理图。
9.图4是本实用新型无线传输模块电路原理图。
10.图5是本实用新型无线传输模块pa部分的工作电流与输出功率的关系图。
具体实施方式
11.以下结合附图和具体情况对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
12.结合附图给出，一种远距离无线传输低功耗电路，包括dc-dc模块，所述的dc-dc模块1和低压差线性稳压器3接+5v电源，dc-dc模块1的输出端与无线芯片mcu 2的电源输入端相连，无线芯片mcu 2信号端与无线传输模块4的信号端双向连接，无线传输模块4的电源输
入端与低压差线性稳压器3的输出端相连，无线传输模块4的信号端与天线5的信号端双向相连。
13.所述的无线芯片mcu2上设有外围电路，外围电路是，无线芯片u1a（即无线芯片mcu）的19脚经电阻r55接外部按钮sw1；无线芯片u1a的20脚经电阻r56接外部按钮sw2；无线芯片u1a的24脚和25脚分别与tms引脚和tck引脚相连，无线芯片u1a的35脚与reset引脚相连；无线芯片u1a的35脚与reset引脚的共端分别与接地电容c20和接vdds端的电阻r1相连；无线芯片u1a的33脚接dc-dc模块1；无线芯片u1a的4脚和5脚接晶振y1的两端并分别经电容c17和电容c18接地；无线芯片u1a的23脚与接地电容c19相连；无线芯片u1a的49脚接地；无线芯片u1a的47脚和48脚分别与晶振y2的1脚和3脚相连，晶振y2的2脚和4脚的共端接地；无线芯片u1a的1脚、2脚和3脚接t/r接脚，t/r接脚与无线传输模块u6（即无线传输模块）的6脚相连；无线芯片u1a的48脚和45脚的共端接vddr端；无线芯片u1a的34脚、44脚、22脚和13脚的共同接vdds端，无线芯片u1a的41脚接dio28接脚（即与无线传输芯片u6的1脚相连）；无线芯片u1a的42脚接dio29接脚（即与无线传输芯片u6的3脚相连）；无线芯片u1a的43脚接dio30接脚（即与无线传输芯片u6的4脚相连）。
14.所述的dc-dc模块1上设有供电电路，供电电路为，dc-dc电源芯片u5（即dc-dc模块）的4脚接+5v电源；dc-dc电源芯片u5的2脚接地；dc-dc电源芯片u5的1脚分别与接地电容c4和电阻r78相连，电阻r78另一端接+5v电源；dc-dc电源芯片u5的3脚经电感l8输出vdd3.3v电源，电感l8与vdd3.3v电源之间依次与电容c7一端、电阻r8的1脚、接地电容c18、接地电容c19、接地电容c20、接地电容c21相连；dc-dc电源芯片u5的5脚与电容c7另一端相连，dc-dc电源芯片u5的5脚与电容c7的共端与电阻r8的和电阻r10的共端相连，电阻r10另一端接地。
15.所述的无线传输模块4上设有外围电路，所述的外围电路是，无线传输芯片u6（即无线传输模块）的1脚经电阻r11接dio28接脚；无线传输芯片u6的2脚经电容c29接无线传输芯片u6的5脚；无线传输芯片u6的3脚经电阻r12接dio29接脚；无线传输芯片u6的4脚经电阻r9接dio30接脚；无线传输芯片u6的7脚、8脚及25脚接地；无线传输芯片u6的9脚和11脚相连；无线传输芯片u6的12脚经电阻r13接地；无线传输芯片u6的14脚与电感l1的1脚相连，电感l1的2脚与电感l2的1脚相连，电感l1与电感l2的共端与接地电容c30相连，电感l2的2脚与天线ant1（即天线5）的5脚相连，天线ant1的3脚和4脚的共端及1脚和2脚的共端接地；无线传输芯片u6的16脚经接地电容c31与电感l3的1脚相连；无线传输芯片u6的20脚与电感l4的1脚相连，电感l4的2脚与电感l3的2脚和接地电容c33的共端相连，感l4的2脚与电感l3的2脚之间接有接地电容c32；无线传输芯片u6的21脚与电感l5的1脚相连，电感l5的2脚与接地电容c38相连；无线传输芯片u6的23脚经接地电容c34与电感l6的1脚相连；无线传输芯片u6的24脚经接地电容c35与电感l7的1脚相连，电感l7的2脚分别与接地电容c37和电容c38与电感l5的共端相连，电感l6的2脚经接地电容c36与电感l7的2脚共同经接地电容c39接vcc电源。
16.本实用新型的供电部分采用外部+5v供电，可通过usb或者接线端子供电；dc-dc模块1为无线芯片mcu 供电，+5v输入到dc-dc模块1后,经过降压输出+3.3v给到无线芯片mcu ；低压差线性稳压器2（ldo）为无线传输模块4供电，+5v输入到ldo模块后经过降压输出+4v给到无线传输模块4；天线5为无源器件，不需要供电。
17.无线芯片mcu的硬件部分包含无线芯片u1a、按键选择开关、外部gpio引脚、晶振等模块及芯片。在发射模式下，无线芯片mcu可产生通讯信号，经由无线芯片mcu内部rf核的功率放大器模块输出至无线传输模块4；在接收模式下，信号可通过rf核的低噪声放大器模块接收fem部分接收的信号。
18.无线传输模块4的硬件部分包含fem芯片及外围供电和通讯电路。在发射模式下，fem芯片接收来自rf核输出的射频信号，信号经过fem内部芯片的功率放大器模块进行信号放大；在接收模式下，fem芯片接收来自天线端口接收到的射频信号，信号经过fem内部芯片的低噪声放大器模块进行信号放大。
19.天线5包含馈线和天线主体两部分，天线5接收来自无线传输模块4的功率放大器输出的信号，直接把信号辐射出去，本实用新型采用全向天线，在小范围内可实现全域覆盖，没有死角，应用场景灵活。
20.本实用新型的工作原理是，在本实施例中，无线芯片mcu为ti公司无线芯片，可以输出不同模式信号，信号通过无线芯片mcu内部的rf核输出后，经过巴伦输出给低通滤波器，滤除带外杂散信号后传输给无线传输模块4的功率放大器模块进行信号功率的放大，其电路原理图如图2所示，理想最大传输带宽4mbps，其主要组成部分有主mcu(arm cortex-m3)，时钟速率最高可达48mhz，8kb 缓存静态随机存取存储器 (sram)，20kb 超低泄漏 sram；rf核接收器灵敏度高，远距离模式下为
ꢀ–
124dbm；50kbps 时为
ꢀ–
110dbm，可编程输出功率最高可达 +9dbm，单端或差分 rf 接口；外设，其中包含多个gpio引脚、uart、i 2c等。该无线芯片mcu的射频输出端口有两种类型，分为单端和差分。本实施例采用差分电路设计，射频输出功率最高可达12dbm，差分电路的优点包含以下几种：1.比单端电路拥有更高的信号幅度；2.差分电路对外部emi和附近信号的串扰具有很好的抗扰性；3.差分信号产生的emi也较低；4.差分信号可一致偶数阶谐波。
21.无线芯片mcu供电采用+5v经过dc-dc模块输出+3.3v，供电电路原理图如图3所示。该dc-dc电源芯片具有以下三个优点：1.电源转化效率高；2.可输出大电流；3.静态电流小。
22.无线芯片mcu通过api接口，也就是发送命令的方式来对它进行控制，包括发送、接收、sniff等，所有的对射频的配置和不同操作的切换都可以通过命令的方式来解决；发射模式状态下，通过外部按钮sw1和sw2选择发射模式并发射信号，数据通过差分引脚输出信号幅度为+12dbm，在发射模式下，无线芯片mcu可产生通讯信号，经由mcu内部rf核的功率放大器模块输出；在接收模式下，信号可通过rf核的低噪声放大器模块接收fem部分接收的信号。经过阻抗转换巴伦实现阻抗匹配、直流隔离以及将平衡端口与单端端口匹配的功能，此时输出信号的阻抗则变为50欧姆，信号通过低通滤波器后，滤除高频谐振及其附近的噪声，而对有用的低频信号基本无衰减通过。
23.无线传输模块4的外围电路原理图如图4所示，无线传输芯片u6采用skyworks公司的se2435l，工作频率在860-930mhz之间，它由pa、lna、滤波器和switch等模块组成。pa是tx方向的信号放大器，lna为rx方向的低噪声放大器，滤波器是用来抑制滤波器通带以外不需要的信号，并根据其频率分离信号，无线芯片mcu通过不同模式状态下的高低电平切换来控制switch是transmit还是receive模式。无线传输芯片u6发射电路采用+4v供电，低通滤波器输出信号直接输入到无线传输芯片u6的对应管脚，经过内部匹配电路后输入给pa进行信号放大，在经过谐波滤波器来改善二级谐波，最后经由射频开关输入到天线端口，把信号辐
射出去，由图5所示的pa 工作电流与输出功率的关系图，可以看出最终输出功率为+30dbm，电流仅为570ma，至此就实现了远距离传输的目的。
24.本实用新型把无线传输系统的mcu芯片和功率放大器相结合，实现低功耗和远距离传输两个指标的优化，同时射频部分加入了电磁兼容设计，有效防止外部电磁干扰，同时提高了无线收发模块的输出功率幅度，在有限的接收机灵敏度范围内，使其信号可以在更远地距离被接收到。市面上的无线传输系统输出功率都不高于+26 dbm，改变无线收发模块电路后，可使输出功率幅度达到+30 dbm，不仅功率幅度提升，而且其待机电流才0.7ua，整机功耗小，同时兼备了远距离和低功耗传输两个方面，延伸了该模块的应用场景，为多点远距离mesh无线自组网提供了新的解决方案，有良好的社会和经济效益。

技术特征：

1.一种远距离无线传输低功耗电路，包括dc-dc模块，其特征在于，所述的dc-dc模块（1）和低压差线性稳压器（3）接+5v电源，dc-dc模块（1）的输出端与无线芯片mcu（2）的电源输入端相连，无线芯片mcu（2）信号端与无线传输模块（4）的信号端双向连接，无线传输模块（4）的电源输入端与低压差线性稳压器（3）的输出端相连，无线传输模块（4）的信号端与天线（5）的信号端双向相连。2.根据权利要求1所述的远距离无线传输低功耗电路，其特征在于，所述的无线芯片mcu（2）上设有外围电路，外围电路是，无线芯片u1a的19脚经电阻r55接外部按钮sw1；无线芯片u1a的20脚经电阻r56接外部按钮sw2；无线芯片u1a的24脚和25脚分别与tms引脚和tck引脚相连，无线芯片u1a的35脚与reset引脚相连；无线芯片u1a的35脚与reset引脚的共端分别与接地电容c20和接vdds端的电阻r1相连；无线芯片u1a的33脚接dc-dc模块（1）；无线芯片u1a的4脚和5脚接晶振y1的两端并分别经电容c17和电容c18接地；无线芯片u1a的23脚与接地电容c19相连；无线芯片u1a的49脚接地；无线芯片u1a的47脚和48脚分别与晶振y2的1脚和3脚相连，晶振y2的2脚和4脚的共端接地；无线芯片u1a的1脚、2脚和3脚接t/r接脚，t/r接脚与无线传输模块u6的6脚相连；无线芯片u1a的48脚和45脚的共端接vddr端；无线芯片u1a的34脚、44脚、22脚和13脚的共同接vdds端，无线芯片u1a的41脚接dio28接脚；无线芯片u1a的42脚接dio29接脚；无线芯片u1a的43脚接dio30接脚。3.根据权利要求1所述的远距离无线传输低功耗电路，其特征在于，所述的dc-dc模块（1）上设有供电电路，供电电路为，dc-dc电源芯片u5的4脚接+5v电源；dc-dc电源芯片u5的2脚接地；dc-dc电源芯片u5的1脚分别与接地电容c4和电阻r78相连，电阻r78另一端接+5v电源；dc-dc电源芯片u5的3脚经电感l8输出vdd3.3v电源，电感l8与vdd3.3v电源之间依次与电容c7一端、电阻r8的1脚、接地电容c18、接地电容c19、接地电容c20、接地电容c21相连；dc-dc电源芯片u5的5脚与电容c7另一端相连，dc-dc电源芯片u5的5脚与电容c7的共端与电阻r8的和电阻r10的共端相连，电阻r10另一端接地。4.根据权利要求1所述的远距离无线传输低功耗电路，其特征在于，所述的无线传输模块（4）上设有外围电路，所述的外围电路是，无线传输芯片u6的1脚经电阻r11接dio28接脚；无线传输芯片u6的2脚经电容c29接无线传输芯片u6的5脚；无线传输芯片u6的3脚经电阻r12接dio29接脚；无线传输芯片u6的4脚经电阻r9接dio30接脚；无线传输芯片u6的7脚、8脚及25脚接地；无线传输芯片u6的9脚和11脚相连；无线传输芯片u6的12脚经电阻r13接地；无线传输芯片u6的14脚与电感l1的1脚相连，电感l1的2脚与电感l2的1脚相连，电感l1与电感l2的共端与接地电容c30相连，电感l2的2脚与天线ant1的5脚相连，天线ant1的3脚和4脚的共端及1脚和2脚的共端接地；无线传输芯片u6的16脚经接地电容c31与电感l3的1脚相连；无线传输芯片u6的20脚与电感l4的1脚相连，电感l4的2脚与电感l3的2脚和接地电容c33的共端相连，感l4的2脚与电感l3的2脚之间接有接地电容c32；无线传输芯片u6的21脚与电感l5的1脚相连，电感l5的2脚与接地电容c38相连；无线传输芯片u6的23脚经接地电容c34与电感l6的1脚相连；无线传输芯片u6的24脚经接地电容c35与电感l7的1脚相连，电感l7的2脚分别与接地电容c37和电容c38与电感l5的共端相连，电感l6的2脚经接地电容c36与电感l7的2脚共同经接地电容c39接vcc电源。5.根据权利要求1所述的远距离无线传输低功耗电路，其特征在于，所述的天线（5）为全向天线。

技术总结

一种远距离无线传输低功耗电路，包括DC-DC模块，所述的DC-DC模块和低压差线性稳压器接+5V电源，DC-DC模块的输出端与无线芯片MCU的电源输入端相连，无线芯片MCU信号端与无线传输模块的信号端双向连接，无线传输模块的电源输入端与低压差线性稳压器的输出端相连，无线传输模块的信号端与天线的信号端双向相连；本实用新型提高了无线收发模块的输出功率幅度，在有限的接收机灵敏度范围内，使其信号可以在更远地距离被接收到，整机功耗小，同时兼备了远距离和低功耗传输两个方面，延伸了该模块的应用场景，有良好的社会和经济效益。有良好的社会和经济效益。有良好的社会和经济效益。

技术研发人员：

赵珂 荆有波 冷永清 周崟灏 邱昕

受保护的技术使用者：

郑州中科集成电路与系统应用研究院

技术研发日：

2022.12.06

技术公布日：

2023/2/28