E22-900M22S это модуль LoRa на чипе SX1262 от компании EBYTE [1], работающий в диапазоне частот 868/915 МГц, с выходной мощностью 0.16 ватт, обмен данными и управление осуществляется через интерфейс SPI.

[1. Общее описание]

Модуль E22-900M22S основан на SX1262, новой генерации RF-чипа LoRa^TM от компании Semtech (США).

Поскольку за основу взят оригинальный чип SX1262, параметры устойчивости к помехам и дальность связи были дополнительно улучшены по сравнению с трансиверами LoRa^TM предыдущих генераций (что также касается устройств с использованием модуляции FSK и GFSK). Модуль E22-900M22S предназначен главным образом для устройств умного дома, оборудования медицины и научных исследований - там где требуется обмен данными по радио на больших дистанциях. Параметры RF и выбор компонентов соответствуют стандартам промышленного класса, в соответствии с сертификатами FCC, CE и RoHS. В качестве опорного генератора используется кварцевый резонатор 32 МГц промышленного класса высокой точности. Модуль E22-900M22S может работать в широком диапазоне частот 850 .. 930 МГц, и он обратно совместим с SX1278 и SX1276.

Модуль E22-900M22S это только аппаратный RF-трансивер, для его использования необходим внешний MCU или специальное средство отладки (SPI debug tool).

Основные функциональные возможности:

● В идеальных условиях дальность связи может достигать 7 км.
● Максимальная мощность передачи 160 мвт, которая настраивается программно несколькими уровнями.
● Поддерживается свободный от лицензирования глобальный диапазон ISM 868/915 МГц.
● Поддерживается передача данных на скоростях от 0.018 kbps до 62.5 kbps в режиме LoRa^TM.
● Поддерживается режим FSK для скоростей до 300 kpbs.
● Сохраняется обратная совместимость с RF-трансиверами серий SX1278/SX1276.
● Большая емкость FIFO, поддержка 256 байт кэша данных.
● Введен новый SF5 коэффициент расширения спектра (spread spectrum factor) для поддержки плотных сетей.
● Поддержка питания от 2.5 до 3.7V, самые лучшие параметры связи обеспечиваются при напряжении питания выше 3.3V.
● Дизайн индустриального стандарта, поддержка расширенного температурный диапазона -40 .. +85°C для долговременной работы.
● Опция для 2 вариантов подключния антенн (IPEX / контакт модуля stamp hole) для упрощения разработки и интеграции.

Внимание: используется коаксиальный коннектор IPEX первого поколения [4].

Варианты использования:

● Домашние системы безопасности и дистанционный бесключевой доступ.
● Умный дом, индустриальные датчики, и т. п.
● Беспроводные системы сигнализации (alarm security systems).
● Встраиваемые системы автоматизации.
● Беспроводные индустриальные системы дистанционного управления.
● Системы для здравоохранения.
● Продвинутая измерительная архитектура (Advanced meter reading architecture, AMI).
● Переносные промышленные устройства.

[2. Параметры]

Таблица 2.1. Предельные параметры.

Таблица 2.2. Рабочие параметры.

Таблица 2.3. Другие параметры.

[3. Размеры и назначение выводов]

Количество выводов 22, размеры указаны в миллиметрах:

Таблица 3.1. Назначение выводов.

[4. Основные операции]

4.1. Разработка аппаратуры

Схема подключения к микроконтроллеру (MCU), совпадает со схемой подключения E22-400M33S:

Примечания к схеме подключения:

1. IO0, IO1, IO2, IO3 сигналы MCU это порты общего назначения (GPIO).
2. DIO1, DIO2 это обычные порты ввода/вывода, которые могут быть сконфигурированы для нескольких функций. DIO2 можно подключить к TXEN，а не к выводу GPIO от MCU. Это используется для управления RF-ключом, подробности см. в даташите на чип SX1262. Если порты DIO1, DIO2 не используются, то они могут оставаться не подключенными.
3. DIO3 выдает питание для кварцевого генератора 32 МГц TCXO.

Замечания по разработке:

● Рекомендуется использовать стабилизированный источник постоянного тока (DC) для питания модуля с минимальными пульсациями напряжения.
● Будьте внимательны с полярностью напряжения питания, ошибочная полярность может необратимо повредить модуль.
● Напряжение питания должно быть стабильным, и не должно превышать предельного напряжения питания, поскольку это может необратимо повредить модуль.
● Рекомендуется обеспечить 30% запас по току источника питания для обеспечения надежного длительного функционирования.
● Модули должны находиться по возможности как можно дальше от импульсного источника питания, трансформаторов, высокочастотных генераторов и других узлов, которые могут создавать электромагнитные помехи.
● Если предположительно модуль смонтирован на верхней стороне печатной платы (Top Layer), то случайная прокладка высокочастотных трасс на нижнем слое платы (Bottom Layer) будет плохим решением, что может вносить помехи и снизить чувствительность приема.
● Если имеются проводники, создающие значительные помехи возле модуля (высокочастотные цифровые и/или аналоговые сигналы, шины питания импульсных преобразователей), то это может отрицательно повлиять на параметры модуля (дальность связи). Рекомендуется применять тщательное экранирование и изоляцию от источников помех.
● Уделите внимание хорошему заземлению и экранированию. Фильтрующий напряжение питания керамический конденсатор должен находится как можно ближе к выводам VCC и GND модуля.
● Если сигнальные линии используют уровни 5V, то они должны быть подключены к модулю через последовательные резисторы 1k .. 5.1k (использование уровней логики 5V не рекомендуется, поскольку есть риск повреждения модуля).
● Постарайтесь держать модуль подальше от высокочастотных физических цепей, например протокола 2.4GHz TTL, USB3.0.
● Конструкция крепления антенны оказывает большое влияние на производительность модуля. Убедитесь, что антенна открыта (не экранирована), желательно направлена вертикально вверх. Когда модуль установлен внутри корпуса, вы можете использовать высококачественный удлинительный кабель для антенны, чтобы вывести антенну из корпуса наружу.
● Антенна не должна устанавливаться внутри металлического корпуса, это приведет к значительному ослаблению расстояния передачи.
● Рекомендуется использовать защитные резисторы 200 Ом на сигналах подключения RXD/TXD внешнего MCU.

4.2. Написание ПО

● Этот модуль совместим с SX1268/SX1262, его метод управления полностью эквивалентен SX1268/SX1262, так что можно руководствоваться документацией чипов SX1268/SX1262.
● DIO1 и DIO2 это порты ввода/вывода общего назначения, которые можно конфигурировать для различных функций. Так, например, DIO2 можно подключить к TXEN, а не к порту MCU, для управления излучением RF. Если DIO1 и DIO2 не используются, то они могут оставаться не подключенными (см. руководство по чипу SX1262).
● DIO3 внутренне используется для питания 32MHz TCXO (DIO3 сконфигурирован для вывода 1.8V).

[5. Часто задаваемые вопросы (FAQ)]

5.1. 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.

5.2. 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.

5.3. 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.

[6. Сравнение E22-900M22S с другими модулями LoRa]

На рынке имеются другие модули с подобным функционалом: E22-400M33S, E22-900M30S, DX-LR20-900M22S. Все они предназначены для подключения к внешнему микроконтроллеру (MCU) через SPI для управления — они не работают как "прозрачные" модемы "из коробки". Главные различия между этими модулями кроются в рабочей частоте, выходной мощности, чувствительности приемника (и как следствие, дальности связи), физическом размере и цене.

Ниже приведена таблица сравнения E22-900M22S с другими модулями: E22-400M33S, E22-900M30S, DX-LR20-900M22S.

E22-900M22S — выбор для компактных и энергоэффективных устройств (например, дроны, датчики). Это очень маленький модуль (10x10 мм) с отличной чувствительностью (-147 dBm) при небольшом потреблении (около 120 мА на передаче). Дальности в 7 км хватит для 90% задач в городской черте или за городом. Идеален для работы от батареек (1.8-3.7 В).

E22-900M30S — если нужна максимальная дальность на частоте 900 МГц. За счет встроенного усилителя мощности (PA) и малошумящего усилителя (LNA) он выдает 1 Вт и имеет фантастическую чувствительность -151 dBm, результате дальность связи достигает 12 км. Расплата — большой размер, в 5 раз больший ток передачи (650 мА) и более высокая цена.

DX-LR20-900M22S — аналог E22-900M22S от другого производителя. Если EBYTE недоступен, эта плата от Shenzhen Daxia — отличная альтернатива. Уступает модулям EBYTE по чувствительности (~ -125 dBm), что может сказаться на дальности в сложных условиях, но для обычных задач его дальности 8 км также будет достаточно. По характеристикам близок к E22-900M22S, но построен на чипе LLCC68.

E22-400M33S — выбирайте только для задач, где важна надежность и дальность в условиях жестких препятствий (леса, плотная городская застройка). Частота 433 МГц физически лучше огибает препятствия, чем 900 МГц. С мощностью 2 Вт и заявленной дальностью 16 км — это самое продвинутое решение для LoRa. Главный минус — большой размер платы и высокое потребление. Обратите внимание: его чувствительность -126 dBm значительно хуже, чем у E22-900M30S, что немного нивелирует преимущество в мощности на больших дистанциях.

Если вы работаете с прошивками вроде ExpressLRS (ELRS) для дронов, на 900 МГц чаще всего выбирают между E22-900M22S (для легких квадрокоптеров) и E22-900M30S (для дальних полетов). Для промышленных систем сбора данных или датчиков, работающих в сложных условиях, E22-400M33S (433 МГц) безальтернативен, несмотря на его низкую чувствительность - за счет лучшего прохождения сигнала через стены и лес.

[7. Указания по пайке]

Таблицу по параметрам температуры пайки (Reflow Temperature) и график профиля пайки (Reflow Profile) см. в даташите [1].

[Ссылки]

1. E22-900M22S User Manual site:cdebyte.com.
2. E22-900M30S: руководство пользователя.
3. E22-400M33S: руководство пользователя.
4. DX-LR20-900M22S: руководство пользователя.