Усилитель мощности (PA) и малошумящий усилитель мощности (PA LNA)

Техническое описание

Радиочастотный диапазон

Приемопередающий модуль nRF24L01+ предназначен для работы в диапазоне частот ISM 2,4 ГГц и использует модуляцию GFSK для передачи данных. Скорость передачи данных может составлять 250 Кбит/с, 1 Мбит/с и 2 Мбит/с.

Диапазон ISM 2,4 ГГц

Диапазон 2,4 ГГц является одним из промышленных, научных и медицинских (ISM) диапазонов, зарезервированных на международном уровне для использования нелицензированными маломощными устройствами, такими как беспроводные телефоны, устройства Bluetooth, устройства ближней радиосвязи (NFC) и беспроводные компьютерные сети (WiFi).

Потребляемая мощность

Рабочее напряжение модуля составляет от 1,9 до 3,6 В, но хорошая новость заключается в том, что логические выводы допускают 5 В, поэтому его можно легко подключить к Arduino или любому 5 В логическому микроконтроллеру без использования какого-либо преобразователя логического уровня.

Модуль поддерживает программируемую выходную мощность: 0 дБм (децибел), -6 дБм, -12 дБм или -18 дБм и потребляют невероятно мало около 12 мА во время передачи при 0 дБм, что даже ниже, чем у одного светодиода. И что самое приятное, он потребляет 26 мкА в режиме ожидания и 900 нА в режиме отключения. Поэтому модуль можно смело отнести к беспроводным устройствам с низким энергопотреблением.

SPI интерфейс

Радиомодуль nRF24L01+ обменивается данными через 4-контактный последовательный периферийный интерфейс (SPI) с максимальной скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Все параметры, такие как частотный канал (125 каналов), выходная мощность (0 дБм, -6 дБм, -12 дБм, -18 дБм) и скорость передачи данных (250 кбит/с, 1 Мбит/с или 2 Мбит/с), можно настроить через интерфейс SPI.

Шина SPI использует концепцию Master Slave (ведущий – ведомый), в большинстве случаев Arduino является ведущим (Master), а радиомодуль nRF24L01+ ведомым (Slave). В отличие от шины I2C количество ведомых на шине SPI ограничено, на Arduino Uno можно использовать максимум два ведомых SPI, т.е. два модуля приемопередатчика nRF24L01+.

Технические характеристики:

Диапазон частот	2.4 GHz ISM полоса
Максимальная скорость передачи данных	2 Мбит / с
Тип модуляции	GFSK (Gaussian Frequency-Shift Keying) — частотная модуляции, в которой используется фильтр Гаусса
Максимальная выходная модность	0 дБм
Рабочее напряжение питания	от 1.9 В до 3.6 В
Максимальная сила тока (в рабочих условиях)	13.5 мА
Минимальная сила тока (в режиме ожидания)	26 мкA
Логические входы	5В поддерживает
Дальность связи	800 м и более (в прямой видимости)

Сравнение nRF24L01+  и nRF24L01+ PA/LNA

На основе чипа nRF24L01+ промышленно изготавливается множество устройств. Ниже будут рассмотрены наиболее популярные из них.

 

nRF24L01+ Wireless Module

 

В модуле nRF24L01+ антенна вмонтирована в саму плату. Что делает устройство очень компактным. Однако маленькая антенна также означает меньшую дальность передачи. Дальность передачи данных в прямой видимости составит около 100 метров. Радиус действия в помещении, особенно через стены, будет меньше.

 

nRF24L01+ PA LNA

 

 

nRF24L01+ PA LNA модуль обладает разъемом SMA и мощной антенной, но это не главное. Главное отличие заключается в том, что на модуле есть специальная микросхема RFX2401C – объединяющая усилитель мощности (PA) и малошумящий усилитель (LNA), которые усиливают сигнал и позволяют увеличить дальность передачи до 1000 м.  

Усилитель мощности (PA) и малошумящий усилитель мощности (PA LNA)

nRF24L01+ PA/LNA Block Diagram

 

Усилитель мощности просто увеличивает мощность сигнала, передаваемого с чипа nRF24L01+ в то время, как усилитель с низким уровнем шума (малошумящий усилитель) принимает чрезвычайно слабый и неопределенный сигнал от антенны (обычно порядка микровольт или ниже -100 дБм) и усиливает его до рабочего уровня (обычно около 0,5-1 В).

Малошумящий усилитель (PA LNA) принимаемого сигнала и усилитель мощности (PA) передаваемого сигнала подключаются к антенне через частотно-разделительный фильтр (дуплексер), который разделяет два сигнала и предотвращает перегрузку чувствительного входа PA LNA мощным выходным сигналом с PA.

За исключением этого отличия, оба модуля идентичны и полностью совместимы. Это означает, что при замене одного модуля на другой никаких изменений в код вносить не надо.