Si4432 RF transceiver modul

Ez egy kivételes projekt, ami igazából nem is projekt, hanem csak egy áramköri megoldás modulon történő kivitelezése, mely ilyen formán elkészítve egyszerűen felhasználhatóvá teszi a rádiós transceiver chipet, illetve annak áramköri környezetét.

Az áramkör fő alkatrésze egy QFN tokozású pici chip, aminek a kézi forrasztása ugyan megoldható némi ügyeskedéssel, de azért mégis olyan beültetési módszert igényel, ami jelentősen drágítaná az áramkör szerelési költségét. Ha eleve pasztával kell dolgozni, akkor ennek nincs jelentősége, viszont vannak esetek, mikor egy áramkör összeszerelése nem kívánja meg a pasztás, kemencés szerelést, hanem egyszerűen, forrasztópákával is összeszerelhető. Ezekben az esetekben viszont kifejezetten előnyös lehet, ha kész modul formájában kerül beszerelésre ez az áramköri rész, mely a 2,54mm raszterezésű tüskesorral kézileg is könnyedén forrasztható anélkül, hogy speciális gyártóeszközökre lenne szükség.

A gondolat egy ilyen modul kialakítására onnan jött, hogy ezt a rádiós transceiver IC-t már korábban sikerrel alkalmaztam egy projektemnél, így már volt tapasztalatom vele, valamint már alaposan kiismert és átírt kódkönyvtárral is rendelkeztem a működtetéséhez. Mivel kézenfekvő számomra, ha valami jól működik, akkor azt kár volna „eldobni” csak azért, mert már sikerrel alkalmaztam egy projektben, így amint belefutottam egy újabb olyan feladatba, amihez ez a rádiós áramkör tökéletes megoldást kínált, nem gondolkodtam sokat a felhasználásán.

A legtöbb áramkör fejlesztése elsőként valamilyen próbapaneles környezetben zajlik. Aki hasonló környezetben fejleszt, annak talán nem újdonság az, hogy a legtöbb ilyen fejlesztőkártya egyszerű, 2,54mm osztású tüskesor anya, vagy apa csatlakozóval van felszerelve. Ezen kialakítást követve én is arra törekedtem, hogy az áramkör kivezetéseit ilyen tüskesorral oldjam meg. Maga a rádiós áramköri rész nagyon szépen elkülöníthető bármilyen áramkörtől, hiszen szabványos SPI adatbuszon keresztül kommunikál, van két digitális bemenete, továbbá egy megszakításjelző kimenete, illetve tápfeszültségre van még szüksége.

Az Si4432 chip

A transceiver nagyon jó tulajdonságokkal rendelkezik, a fejlesztők jól átgondolt áramkört hoztak létre ezen chipen belül. Az adatlapja letölthető, melyben minden információ megtalálható, így itt most nem célom, hogy most részletesen belemenjek a belső felépítésébe, illetve a működés, programozhatóság bemutatásába. A legfontosabb, amit tudni lehet erről a rádiós chipről, hogy viszonylag széles, 240-930MHz közötti frekvenciatartományban használható. Vételi érzékenysége –121 dBm, az adó maximális kimeneti teljesítménye +20 dBm.
Vételi módban a chip 18,5mA áramot fogyaszt, a maximális adóteljesítmény beállítása melletti adás közben pedig 85mA-t. Maximális adóteljesítménnyel egyébként nyílt terepen a hatótávolság kb. 100m körül alakul, de ez persze nagyban függ az antennáktól is. Ezt gyakorlatban is teszteltem.
Maximum 256 kbps adatátviteli sebességre képes FSK, GFSK, és OOK modulációval. 1.8V – 3.6V feszültségtartományban használható, így kiválóan beépíthető 3,3V-os rendszerekbe. Készenlétbe kapcsolva rendkívül alacsony fogyasztása miatt nagyon jól használható akkumulátoros elektronikák tervezésénél. Lényeges funkcióként pedig benne van a digitális RSSI, ami nagyban segít a tökéletes rádiós kapcsolat kialakításában.
A chipen belül található még néhány hasznos perifériaegység is. Ezek tovább egyszerűsíthetik a tervezendő áramkört. Ilyenek a low battery detector, hőmérséklet érzékelő és a 8 bites ADC.

Az áramkör kialakítása

Az áramkör kialakításakor a Silicon Labs SI443x EZLink rádió modulját vettem alapul. Ez egy nagyon hasonló kialakítású modul, mint amit terveztem, csak rajta van még egy C8051F930 típusú mikrokontroller is, amit hát én nem igazán használok. Mivel leginkább PIC és Arduino környezetben dolgozom, így a mikrokontrolleres részt egy az egyben lehagytam a gyári áramkörről.

Az áramkör nagyfrekvenciás részének alkatrészeit adott frekvenciához kell méretezni, így hiába tud az IC széles frekvenciatartományban működni, hardveresen csak olyan modult tudok készíteni, ami egy kiválasztott frekvenciára van behangolva. Működési frekvenciának én a 868MHz-et választottam, így az induktivitások és kapacitások értékei ennek megfelelően lettek meghatározva.

Az áramkör kapcsolási rajza az alábbi képen látható.

Si4432 kapcsolási rajz

Igyekeztem a panelt pici méretben megoldani, ugyanakkor nem túlságosan törekedtem extrém miniatürizálásra, hiszen a beültetést kézileg végeztem. Mivel egy ilyen áramkör mondhatni tartozéka az antenna, így a PCB antennát is igyekeztem már a panelen megvalósítani, hogy ezzel a felhasználás során ne kelljen külön foglalkozni. A legtöbb esetben a PCB antenna teljesen jó megoldás, viszont különlegesebb felépítményekben célszerű lehet nagyobb nyereségű, esetleg irányított antenna használata. Ahhoz, hogy egy antennával egybeépített modul esetén ne zárjam ki a külső antenna alkalmazhatóságát, elhelyeztem a panelen egy pici IPX csatlakozót, így a kimenetnél található 33pF-os kondenzátor a megfelelő helyre forrasztva lehetőséget biztosít a megfelelő kimenet megválasztására.

A montírozott panelterv és a megvalósított modulok az alábbi képeken láthatóak.

Panelterv

Si4432 modulok

Si4432 modul