Перейти к содержанию

Усилитель мощности передатчика (PA)

В описании радиомодуля пишут «до +20 дБм» — это возможности выходного усилителя мощности. Но за каждый децибел платят током, а у SX1276 самый мощный режим ещё и разрешён лишь короткими посылками. Разбираем, как устроен PA у типовых микросхем и что смотреть в даташите.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Усилитель мощности передатчика (power amplifier, PA) — последний каскад передающего тракта: он поднимает сигнал синтезатора до выходной мощности, которая через согласующую цепь уходит в антенну. В радиомодулях PA встроен в микросхему трансивера, а его мощность программируется — обычно в дБм в нагрузке 50 Ом.

Как устроен у типовых микросхем

МикросхемаВыходМощностьТок передачи
SX1276RFO_LF / RFO_HF−4…+14 дБм29 мА при +13 дБм
SX1276PA_BOOSTдо +17 дБм, +20 дБм с ограничениями87 мА при +17, 120 мА при +20 дБм
CC1101 (868 МГц)RF_P/RF_Nдо +12 дБм34,2 мА при +12 дБм
nRF24L01+ANT1/ANT2до 0 дБм11,3 мА при 0 дБм

Данные — из даташитов: SX1276, разд. 3, 5.4.2 и табл. 6; CC1101, табл. 4; nRF24L01+, с. 1. У SX1276 три усилителя: два экономичных на выводах RFO для своих диапазонов и один на PA_BOOST для всех диапазонов. Выход выбирают битом PaSelect, мощность — полем OutputPower (табл. 33).

КПД всей микросхемы невысок. Например, +20 дБм — это 100 мВт в антенне, а потребление 120 мА при 3,3 В — около 0,4 Вт, то есть порядка 25 % (наш пересчёт по табл. 6). Поэтому лишние децибелы на передаче заметно сокращают срок работы от батареи.

Ограничения мощного режима

Semtech оговаривает для +20 дБм на PA_BOOST отдельные условия (разд. 5.4.3):

  • регистр RegPaDac = 0x87, ограничитель тока OcpTrim подстроен под нужный ток;
  • заполнение передачи не больше 1 % — то есть на секунду передачи около 99 секунд паузы;
  • КСВ на антенном выводе не хуже 3 : 1;
  • питание 2,4–3,7 В.

У CC1101 мощность задают таблицей PATABLE на восемь значений: по ней микросхема плавно поднимает и снижает мощность в начале и конце посылки, что сужает спектр излучения (разд. 24).

Мощность в бюджете радиолинии

Выходная мощность PA — первое слагаемое бюджета радиолинии. Добавив усиление антенны и вычтя потери в тракте, получают ЭИИМ, которую ограничивают нормы на радиочастоты. Повышение мощности на 6 дБ даёт тот же выигрыш в бюджете, что и 6 дБ чувствительности приёмника, но стоит тока на каждой передаче — часто выгоднее снизить скорость или поднять антенну.

Частые вопросы

Чем у SX1276 выход PA_BOOST отличается от RFO?

Это разные усилители. Выходы RFO_LF и RFO_HF дают до +14 дБм с высоким КПД, каждый в своём диапазоне частот. PA_BOOST — отдельный усилитель на все диапазоны: до +17 дБм непрерывно и до +20 дБм с ограничениями (SX1276, разд. 3 и 5.4.2). Какой выход разведён к антенне, решает схема модуля, и программа должна выбрать тот же выход битом PaSelect — иначе мощность уйдёт в неподключённый вывод.

Можно ли держать SX1276 на +20 дБм постоянно?

Нет. Semtech разрешает +20 дБм на PA_BOOST при заполнении передачи не больше 1 %, КСВ антенны не хуже 3 : 1 и питании 2,4–3,7 В (разд. 5.4.3, табл. 35–36). Для непрерывной работы предел — +17 дБм. Кроме того, излучаемую мощность и долю времени в эфире ограничивают нормы на использование частот в стране.

Сколько тока нужно на передачу?

Зависит от мощности. У SX1276 при 3,3 В: 120 мА при +20 дБм, 87 мА при +17 дБм, 29 мА при +13 дБм на RFO (табл. 6). У CC1101 на 868 МГц — 34,2 мА при +12 дБм и 16,8 мА при 0 дБм (табл. 4). Источник питания и конденсаторы рядом с модулем выбирают по пиковому току передачи, а не по среднему.

Источники

  1. Semtech. SX1276/77/78/79 137 MHz to 1020 MHz Low Power Long Range Transceiver, datasheet Rev. 5 (August 2016) — разд. 2.5, табл. 6: ток передачи 120 мА при +20 дБм и 87 мА при +17 дБм на PA_BOOST, 29 мА при +13 дБм и 20 мА при +7 дБм на RFO, условия VDD 3,3 В, 25 °C; разд. 3: три усилителя — два на RFO_LF/RFO_HF до +14 дБм с высоким КПД, третий на PA_BOOST до +20 дБм через отдельную согласующую цепь; разд. 5.4.2, табл. 33: PA_HF/PA_LF от −4 до +14 дБм шагом 1 дБ в нагрузке 50 Ом, PA_LF до 525 МГц, PA_HF от 779 МГц; PA_HP непрерывно до +17 дБм, до +20 дБм — в режиме с паузами; ограничитель тока OcpTrim подстраивают под мощность; разд. 5.4.3, табл. 34–36: RegPaDac 0x87 для +20 дБм, заполнение не больше 1 %, КСВ не больше 3 : 1, питание 2,4–3,7 В
  2. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I (2013) — с. 1 — выходная мощность до +12 дБм; табл. 4: при 868 МГц ток передачи 34,2 мА при +12 дБм, 30,0 мА при +10 дБм, 16,8 мА при 0 дБм; разд. 24: таблица PATABLE хранит до восьми уровней, FREND0.PA_POWER выбирает элемент, что даёт плавное нарастание и спад мощности в начале и конце посылки
  3. Nordic Semiconductor. nRF24L01+ Single Chip 2.4GHz Transceiver, Product Specification v1.0 (2008) — с. 1 — ток передачи 11,3 мА при 0 дБм

Нашли ошибку?

Смотрите также