
引言
本文仅从尽可能全的方面做一个SI4432调试交流,说是指南只是自己的一些看法与体会。为什么选择433MHz,为什么选择SI4432都不是本文的重点。本文做为SI4432应用的文档之一,只做硬件说明,相关软件说明,请参考SI4432软件调试指南。
SI4432数据手册:
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/Si4430-31-32.pdf
AN435 SI4432 PA匹配指南:
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/AN435.pdf
AN440 SI4432寄存器手册:
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/AN440.pdf
AN427 SI4432接收匹配指南:
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/AN427.pdf
SI4432寄存器配置软件:
http://www.silabs.com/Support%20Documents/Software/Si443x-Register-Settings_RevB1.xls
如果想了解SI4432数据收发模式可以参考以下文档:
AN537 SI4432直接模式,FIFO模式,包模式说明文档:http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/AN537.pdf
有了以上文档,在使用SI4432时,不管软件,硬件都不会有什么难度。
官方的电路原理图是这样的:
好吧,电路很简单,可是元件值如何选?射频器件差一点就差很多,是不是一定要用专用的射频元件?做为常温测试来说,普通器件就可以满足,当然,如果要考虑温度、谐波、灵敏度等,电感还是选用高Q的,电容选择COG材质的。
看看PA元件如何选,AN435里写得很清楚。不想看原理的可以直接参考其值:
按以上参考值出17-19dBm是可以的,但是要满打满的出到20dBm,或者大于20dBm则需要根据板子微调部分元件,在你不知道如果调试时,可以小范围调整一下CM以及天线开关后面的低通滤波器,如果还是不行,那就调电感吧。
不想深究的可以跳过本节了,下面是AN435里对于PA匹配的原理性说明,感兴趣的可以继续往下面看,其实SI4432的硬件手册里说得是很全的,多看手册可以学到很多。
SI4432内部的PA并非传统的A,B,C类放大器,也不是D类,而是E类放大器,其实就是一个开关而已。
下图是AN435里一个开关类射频放大器的结构图。这个放大器理解起来很容易,比传统ABC类放大器容易多了。其中Lchoke为上拉电感,与三极管C极的电阻是一样的作用,在S0开关时,会给Cshunt充电,经过C0和L0组成的带通滤器器,滤除开关过程中产生的杂波及谐波,再经过Lx就可以得到一个正弦波。这类放大器只是提供一个方波,再通过LC选频。
是的,SI4432正是这样做的。Cshunt可能已经芯片内部集成(其实在SI4432某一份电路图还可以看到上面这种匹配方式),外部的Lchoke与C0只是为了在工作频率下得到一个足够好的方波,谐波滤波器正是要把开关频率的谐波都滤掉,后面再经过低通滤波器,以得到干净的基频。
以上的Lchoke与C0参数下,TX脚上的电压是多少呢,用以下电路图测试:
顺便再提一句,SI4432的功率控制是如何实现的呢?AN435没有细说,只提了一句,通过控制开关管的fingers。大胆的猜想一下,其内部开关管是由多个组成的,每增加一个开关管,就会增加输出电流,以增加输出功率。有这个猜想的依据是:手机基站几百瓦的功放管内部就是一个个小MOS管并联起来的。
说完PA,可以进行LNA的匹配了。与TX脚不同的是,RX有两个脚,分正负端,没错,这是差分信号。而天线开关进来的信号是单端的,所以,需要一个单端变差分的变换电路,同时还需要考虑到与RX两个引脚的阻抗匹配,在官方给的参考电路中,这两部分是结合在一起的。下面就通过分析AN427来确定每一个元件值,及原理。
比较让人开心的是,官方已经把SI4432 LNA的阻抗测出来了,难能可贵的是还发了张图给我们看:
下面以315M做为匹配说明。下图是RX两引脚的阻抗等效电路图及该阻抗在史密斯圆图上的位置。
4、PCB布线
很自然的,需要说一下PCB布线的问题。以下是一些网上的PCB布线规则:(以下为完全复制,不考虑版权)
PCB设计对整个系统的性能影响很大。以下是设计Si4432的PCB时需要注意的地方:
①为了消除走线间的感性效应,应在PCB上空余的地方尽量多布置一些过孔。为了达到较好的射频通信效果,应对整个PCB都覆地铜。当提供了一个较好的RF地之后,TX/RX区域的对地敷铜区有助于减少甚至避免辐射干扰。
②电源接入端要添加去耦电容,且尽量靠近Si4432芯片。滤波电容也应该尽量靠近相应引脚,这样可以得到更好的滤波性能。
③Si4432的外围元件很少,应尽量使用体积小的0402封装贴片器件。其中,电感属于关键器件,需选用高精度电感。
④Si4432的扼流电感L1应尽量靠近Tx引脚;并联在RXn和RXp上的电感L2在PCB平面上应与L1垂直布局,Tx通道上的电感L1、L3、 L4、L5的方向需保证互相垂直以减少耦合;Tx通道和RXn/p通道之间未布线的区域应以接地的覆铜隔离开来,Tx通道匹配电路的布线区应尽可能不要占 用太大的板上区域。
⑤晶振的选择参照以下参数:等效串联电阻是60 Ω,负载电容是12 pF,频率准确度是±20×10-6。让晶振与芯片的晶振接入引脚尽量靠近,并用地线把时钟区隔离起来。
⑥设计PCB时,QFN封装的Si4432芯片底部接地。在Si4432芯片底部打9个12 mil(1 000 mail=25.4 mm)大小的接地过孔,以确保良好的接地和散热能力,增强通信可靠性。
⑦板上的走线尽可能不要经过Tx/RXn/p区域,以防止匹配网络的耦合效应。
芯片是4.0mm*4.0mm,20脚QFN封装,底部为地。必须通过一些过孔将芯片的地与pcb板的地很好的结合起来;
为了减少不必要的耦合,尽量避免一些较敏感的数字(和MCU相通信的网络),射频走线平行,芯片底部不能走线。同样是为了尽量减少耦合,确保相同网络的走线线宽要相同,以及在空间允许的范围内敏感走线间距离至少为线宽的3倍;
在射频前端电路,相邻电感成相互垂直状放置,以较少耦合;
发射电路和接收电路中间留下足够大的地,避免相互间的耦合;
偏置电路中的扼流电感尽量靠近TX脚,减少发射对接收电路的影响;
射频电路中的元器件,尽量靠拢并使用较小封装的元器件,减少寄生电容的产生或影响;
在空间允许的情况下,尽量保持射频走线和地之间的距离,最好大于0.5mm;
射频电路中,元器件接地的脚周围放置尽量多的过孔来减少寄生电感及其影响;
电源滤波电路中的电路应该尽量靠近vdd脚,以确保滤波电容和VDD间的环路面积最小;(要强调一点,参考电路中的电源滤波电容一个都不能少,每个电容都有其作用。此前有过,因为少了某个电容致使模块工作不正常,死机的现象发生)
晶振尽量靠近芯片减少寄生电容的产生,寄生电容过多容易产生频率漂移,晶体下面不要走任何线,特别是电源线;
射频前段电路放置尽量大的地和足够多的过孔,射频走线下面(BOTTOM 面)尽量不要走线或走过长的线,这样可以避免信号通过它们辐射出去;
射频线宽尽量粗,pcb板近量薄
以上规则能遵守就不要冲突吧,主要就是:电感垂直放,地要多连续,过孔多,线不要太小气,馈线短,其它都不要紧。这是我的经验,可以不相信。看看我的板的布局,照抄吧,我没意见。
长按左侧二维码,识别关注

