DX-LR20-900M22S: руководство пользователя | hardware

DX-LR20-900M22S это энергоэффективный аппаратный RF-модуль LoRa с большим радиусом действия, разработанный компанией SHENZHEN DX-SMART TECHNOLOGY CO., LTD для беспроводной передачи данных. Он поддерживает диапазоны частот 868 и 915 МГц LoRa, и использует кварцевый резонатор 32 МГц, соответствующий промышленным стандартам качества. В модуле используется чип LLCC68, который является просто аппаратным трансивером, и для полноценной работы необходим внешний микроконтроллер (MCU) или специализированные средства отладки SPI.

Функционально DX-LR20-900M22S является аналогом модулей E22-900M22S и E22-900M30S (см. их общее сравнение в статье [2]).

● Выходная мощность: +22 dBm
● Максимальная чувствительность приема: -124 dBm
● Дальность связи в идеальных условиях на открытой местности может достигать 8 км
● Рабочее напряжение питания: 1.8V ~ 3.7V (типовое значение 3.3V)
● Поддерживаемый рабочий диапазон частот: 850-930 МГц
● Внешняя антенна, подключаемая через разъем типа IPEX первого поколения
● Рабочий диапазон температур: -40 ~ +85 °C

Примечание: в настоящее время модуль использует не скомпенсированный по температуре кварцевый резонатор. Когда рабочая полоса частот ниже 125K, на работоспособность канала связи может влияет слишком большое смещение частоты. Для таких случаев свяжитесь с разработчиками модуля, чтобы реализовать необходимую коррекцию частоты.

Например, коэффициент расширения спектра (spread spectrum factor, SF) может быть только 5-6-7-8-9, когда полоса частот (BW) 125 кГц.

Рис. 1. Внешний вид модуля, выводы корпуса модуля.

Рис. 2. Схема подключения к микроконтроллеру (MCU).

Превышение значений параметров, указанных в таблице 5, может привести к необратимому повреждению модуля. Эти значения приведены только как справочные, и нельзя допускать длительную работу модуля с такими значениями, иначе это может повлиять на надежность устройства.

Таблица 5. Предельные максимальные параметры.

Защита от статического электричества (ESD). При хранении, сборке и эксплуатации устройств необходимо уделить внимание защите от ESD, с учетом рабочих условий применения.

Таблица 7. Допустимые значения напряжения ESD.

● Рекомендуется использовать стабилизированный источник питания с минимальными пульсациями напряжения на выхое, и модуль должен быть надежно заземлен.
● Будьте внимательны к полярности напряжения питания, поскольку подача напряжения в обратной полярности может необратимо повредить модуль.
● При разработки системы питания рекомендуется зарезервировать 30% дополнительной мощности для источника напряжения.
● Модуль следует размещать как можно дальше от источников сильных электромагнитных помех: импульсных стабилизаторов напряжения, трансформаторов, высокочастотных информационных сигналов и т. п.
● Высокочастотная цифровая проводка, высокочастотная аналоговая проводка, проводка питания должны избегать области под модулем. Запрещается прокладывать любые сигнальные линии (данные, такты, управление), а также цепи питания под корпусом модуля на том слое, где он установлен, и на соседних слоях. Проводники под модулем будут выступать в роли антенн, наводя шум на входные цепи радиоприемника модуля. Модуль "услышит" собственный цифровой мусор. Питание модуля должно быть "тихим". Прокладка других цепей питания под модулем может создать паразитные контуры и ухудшить помехоустойчивость. Под всем модулем (в месте его пайки) на верхнем слое (Top Layer) должна быть сплошная медная область, подключенная к общему "земляному" полигону (GND). Эта медь должна быть соединена с GND через массив Via (переходных отверстий).
● Если вы вынуждены вести проводники под модулем, то медное заполнение под модулем должно быть разорвано в том месте, где проходят эти проводники. То есть вы создаете "окно" в медном полигоне под цифровой частью (выводами данных, питания) модуля. Сами линии (проводка) должны быть проложены на нижнем слое (Bottom Layer), а не на верхнем (где стоит модуль).
● Если предположить, что модуль припаян на верхнем слое печатной платы (Top Layer), то не продуманная, случайная прокладка сигнальных проводников на нижнем слое (Bottom Layer) или других слоях печатной платы также будет плохим решением. Это может привести к увеличению помех и снижению чувствительности модуля. Применяйте продуманную изоляцию цифровых и аналоговых доменов сигналов, применяйте тщательное экранирование.
● Если сигнальные линии модуля подразумевают уровни логики 5V, то их необходимо соединять через последовательно включенные резисторы 1k - 5.1k (это не является рекомендуемым решением, поскольку все еще есть риск повреждения модуля).
● Старайтесь разводить сигналы высокочастотных TTL-протоколов (таких как USB3.0 со спектром 2.4 ГГц) как можно дальше от модуля.
● Установка антенны очень сильно влияет на параметры модуля. Предпочтительно использовать вертикальную установку антенны, и она должна быть вне корпуса устройства, как можно дальше от металлических конструкций.
● Рекомендуется использовать последовательные защитные резисторы 200 Ом на сигналах RXD/TXD при подключении к внешнему MCU.
● В модуле используется микросхема LLCC68+, для её программирования используйте документацию LLCC68 [1].
● DIO1, DIO2, DIO3 являются портами ввода/вывода общего назначения, которые могут быть сконфигурированы разными способами; DIO2 может быть соединен с TXEN вместо подключения к MCU, что используется для управления RF-ключом (DIO2 может автоматически управлять RF-переключателем для включения усилителя передачи PA, см. руководство LLCC68 [1]). Если DIO2 не используется, он может оставаться не подключенным.
● DIO3 может автоматически управлять внешним тактовым генератором (TCXO, см. руководство LLCC68 [1]).

1. SX1262/SX1268 поддерживает коэффициенты расширения спектра (spreading factors) SF5, SF6, SF7, SF8, SF9, SF10, SF11, SF12; LLCC68 поддерживает SF5, SF6, SF7, SF8, SF9, SF10, SF11.

2. LLCC68 может установить коэффициент расширения спектра (SF) и полосу частот приема/передачи (BW):

LoRa®, SF= 5-6-7-8-9 for BW=125 кГц,
LoRa®, SF= 5-6-7-8-9-10 for BW=250 кГц,
LoRa®, SF= 5-6-7-8-9-10-11 for BW=500 кГц.

Советы по применению. Модуль DX-LR20-900M22S работает в диапазоне частот 850M-930M и использует внешнюю антенну. Коэффициент стоячей волны, КСВ (standing Wave ratio, VSWR) и эффективность антенны зависят от размещения антенны и соединительного кабеля. Следует избегать условий, которые могут повлиять на прием и передачу сигнала.

1. При использовании металлического экрана следует размещать антенну как можно дальше от него и от других металлических конструкций.
2. Узлы, относящиеся к антенне следует размещать на краю печатной платы, не на её центральной части.
3. Рекомендуется применять дополнительные изоляционные материалы на печатной плате под модулем, например слой сплошной шелкографии.

Рис. 4. Рекомендуемое посадочное место модуля.

FAQ, решение проблем

Q01. Слишком мала дальность связи

● Расстояние, на которых возможна связь, зависит от наличия препятствий на пути радиоволн. Например, эффективность антенны сильно снижается, когда она находится рядом с металлическими объектами или помещена внутрь металлического корпуса.
● На частоту потерь пакетов влияет температура, влажность и наличие помех по соседнему каналу.
● Земля поглощает и отражает радиоволны, так что эффективность связи снижается, когда передающая антенна находится слишком низко по отношению к земле.
● Морская вода хорошо поглощает радиоволны, поэтому производительность ухудшается, когда устройство находится близко к уровню воды.
● Регистр выходной мощности (Power register) был установлен некорректно, скорость передачи данных по радио установлена слишком высокой (чем выше air data rate, тем меньше возможное расстояние для радиосвязи).
● Напряжение питания слишком ниже, чем рекомендуется для текущей температуры. Чем меньше напряжение питания, тем ниже передаваемая мощность сигнала.
● Плохое качество антенны или плохое согласование модуля с антенной, некачественный, длинный или неподходящий кабель до антенны.

Q02. Модуль легко вывести из строя

● Проверьте напряжение питания, оно не должно быть выше рекомендуемого значения. Если напряжение превысит максимальное значение, то модуль будет необратимо поврежден.
● Проверьте стабильность напряжения питания, оно не должно слишком сильно изменяться.
● Уделите внимание защите от статического электричества при монтаже и эксплуатации модуля.
● Обеспечьте влажность окружающей среды в допустимом диапазоне. Некоторые компоненты модуля чувствительны к влажности.
● Избегайте использования модуля при слишком высокой или слишком низкой температуре.

Q03. Количество ошибок (Bit Error Rate, BER) слишком высокое

● Рядом находится источник помех в рабочем диапазоне частот. Удалите источник помех или перейдите на работу с другой частотой.
● Форма сигнала тактов SPI отличается от стандартной, есть помехи на сигналах SPI, длина цепей сигналов SPI не должна быть слишком большой.
● Некачественное питание может привести к повреждению данных, проверьте надежность источника питания.
● Плохое качество кабеля подключения или антенного фидера может привести к высокому BER.

Информацию по условиям поставки, хранению, профилю пайки см. в оригинальном даташите DX-LR20-900M22S.Module.technical.manual-2.0.pdf [1].