ich möchte mein eigenes LoRa-Board basierend auf einem STM32WLE-Chip entwerfen. Es ist das erste Mal, dass ich mich mit HF-Themen beschäftige, weshalb ich diesen Beitrag erstelle. Ich habe ein Design erstellt, das ich gerne auf grobe Fehler überprüfen lassen würde, bevor ich meinen ersten Prototyp bestelle. Mir ist bewusst, dass das Anpassen der Antennenimpedanz keine exakte Wissenschaft ist, aber ich möchte zumindest die schlimmsten Fehler korrigieren.
Woher habe ich die LC-Werte:
Die LC-Werte stammen aus der Application note AN5457 von ST (für 868 MHz LoRa im LowPower-Modus).
Woher stammt das PCB-Antennendesign:
Das PCB-Antennendesign stammt aus der Design Note DN023 von Texas Instruments. Allerdings ist die Länge von L6 in meinem Design 2 mm länger, um die PCB-Antenne durch Verkürzung zu optimieren.
Was ich sonst noch berücksichtigt habe:
HF-Leitungen sind von einer Groundplane umgeben, mit Vias zur unteren Lage
Glatte Übergänge der HF-Leitungen(deshalb sind meine HF-Leitungen abgerundet)
Fast keine Leiterbahnen unter der HF-Leitung (außer zwei unter dem RF-Switch)
10 mm Abstand zwischen der tatsächlichen PCB-Antenne und den nächsten SMD-Bauteilen
Meine Fragen:
Mein RX-Pfad vom RF-Switch zum RX-Eingang des µC ist relativ lang. Ist mein Designansatz so in Ordnung? Ich habe viele Designs gesehen, bei denen kein RF-Switch vorhanden ist, und der RX-Pfad daher meist kürzer war.
Manche Designs enthalten einen PI-Filter zwischen Antenne und RF-Switch, jedoch ist dieser Filter in den meisten ST-Referenzdesigns nicht bestückt. Sollte ich so einen Filter vorsehen, um später das Matching mit den C-L-C-Bauteilen optimieren zu können?
Ich werde die PCB über JLCPCB fertigen lassen. Dort gibt es einen Rechner zur Bestimmung der Leiterbahnbreite für 50 Ohm Impedanz. Laut diesem Rechner benötigt man für eine 2-Lagen-Platine mit 1,6 mm Dicke und 0,254 mm Abstand zwischen HF-Leitung und umgebender Masse eine Leiterbahnbreite von 1,2 mm. Ist das korrekt? Ich habe noch nie ein Layout mit so breiten HF-Leitungen gesehen. Letztlich habe ich eine 0,254 mm breite HF-Leitung verwendet anstelle der berechneten 1,2 mm...
Ich habe ein Referenzdesign des SX1261/SX1262 für 868 MHz gesehen, bei dem sich die L-C-Werte unterscheiden. Woher kommen diese Unterschiede? Der STM32WL basiert ja auf der SX-LoRa-Chipserie, daher frage ich mich, warum unterschiedliche Werte verwendet werden? Ich bin zu unerfahren, um einschätzen zu können, ob die Werte nur leicht oder komplett unterschiedlich sind. Macht das überhaupt einen Unterschied?
Ich weiß, das ist eine große Bitte, aber ich wäre wirklich dankbar, wenn sich jemand mein Schaltplan- und PCB-Design anschauen könnte, damit ich meine erste Version bestellen kann. Alle relevanten Dokumente sind in zwei .zip-Dateien beigefügt. In "Resources.zip" findest du alle Dokumente, auf die ich mich im Beitrag bezogen habe, und in "EndResult.zip" mein tatsächliches Design.
Ich werde die PCB über JLCPCB fertigen lassen. Dort gibt es einen
Rechner zur Bestimmung der Leiterbahnbreite für 50 Ohm Impedanz.
Ich habe das mal in den KiCad-Rechner eingetragen als Coplanar Waveguide mit Groundplane.
Laut
diesem Rechner benötigt man für eine 2-Lagen-Platine mit 1,6 mm Dicke
und 0,254 mm Abstand zwischen HF-Leitung und umgebender Masse eine
Leiterbahnbreite von 1,2 mm. Ist das korrekt?
Der KiCad-Rechner gibt mir mit den eingebauten Materialkonstanten da ca. 1.3 mm aus, scheint also einigermaßen zu passen.
Ich habe noch nie ein
Layout mit so breiten HF-Leitungen gesehen. Letztlich habe ich eine
0,254 mm breite HF-Leitung verwendet anstelle der berechneten 1,2 mm..
Naja, willst du 50 Ohm Impedanz oder willst du sie nicht? Deine dünnen Leitungen haben eben einen höheren Wellenwiderstand, das kann man sicher verschmerzen, aber warum ohne Not, wenn Platz auf dem Layout verfügbar ist?
Vielleicht kannst Du die Bilder, die du gemacht hast, auch noch an einen Beitrag anhängen, dann muss man die Dateien nicht runterladen und öffnen, sondern kann sich das hier bequemer direkt anschauen.
Der KiCad-Rechner gibt mir mit den eingebauten Materialkonstanten da ca.
1.3 mm aus, scheint also einigermaßen zu passen.
Naja, willst du 50 Ohm Impedanz oder willst du sie nicht? Deine dünnen
Leitungen haben eben einen höheren Wellenwiderstand, das kann man sicher
verschmerzen, aber warum ohne Not, wenn Platz auf dem Layout verfügbar
ist?
Okey, danke für das Feedback
Vielleicht kannst Du die Bilder, die du gemacht hast, auch noch an einen
Beitrag anhängen, dann muss man die Dateien nicht runterladen und
öffnen, sondern kann sich das hier bequemer direkt anschauen.
Mein RX-Pfad vom RF-Switch zum RX-Eingang des µC ist relativ lang.
Solche Probleme kann man sich ersparen indem man das fertige Modul STM32WL5MOC nutzt; kleiner kriegt man es selber kaum hin, und das Layout wird einfacher dank der Anordnung der Pads
Der Hinweis mit dem Modul ist natürlich sehr gut, aber ich denke, dass es einen Grund gibt, warum hier der einzelne Chip genutzt werden soll.
Zum Layout selbst kann ich leider nur relativ wenig beitragen, es kann sich aber lohnen, der Antenne noch eine UFL-Buchse oder zumindest ein paar Testpunkte zu spendieren, damit man sie mit einem VNA durchmessen kann. Dein STM32 kann dir ja nur relativ wenige Informationen zur Antennencharakteristik geben, da siehst du lediglich eine RSSI und kannst dann raten, welche Werte du jetzt wie anpassen musst.
Zum Layout selbst kann ich leider nur relativ wenig beitragen, es kann
sich aber lohnen, der Antenne noch eine UFL-Buchse oder zumindest ein
paar Testpunkte zu spendieren, damit man sie mit einem VNA durchmessen
kann.
Danke für den Hinweis. Kann ich die UFL-Buchse einfach abgreifen? Habe im Anhang ein Foto, wie ich die UFL-Buchse platzieren würde. passt das so?
An welchen stellen sind Testpunkte sinnvoll? Habe mir vor einigen Tagen mal einen günstigen Nano VNA auf Aliexpress bestellt. Würde mit diesem dann einige Messungen mache. Kannst du mir sagen, welche Messungen ich unbedingt machen sollte und warum?
