Modul ARF2104B je jednokanálový digitální přenosový systém pracující na frekvenci 433,9 MHz. Tato frekvence je dána oscilátorem s kalibrovaným SAW rezonátorem. Vysílací část má výkon 10 mW (+10dBm) při 50 Ohm. Přijímací část je homodynní přijímač (přímá konverze) s citlivostí lepší než -102dBm (1,8 uV) pro 10-2 BER. Přijímač umí obnovit hrany přijímaného signálu a generuje hodinový signál určený pro synchronizaci přijímaných dat.

Modul umožňuje přenášet pouze digitální data rychlostí 4 kbit/s, 16 kbit/s, 32 kbit/s a 64 kbit/s a nemá integrovaný přenosový protokol. Ten si musí uživatel vytvořit sám.

Modul je možno použít v ČR s anténou typu “bič”, typu “helical” a nebo je možno signál odvést mimo modul přes 50 Ohm konektor.

Modul je homologován dle normy ČSN P I-ETS 300-220 (October 1993)

2. Zapojení výstupů

Elektrické napojení modulu ARF2104B do elektronického systému se provádí prostřednictvím 2 konektorů

- J1: uživatelský konektor

- J3: vysokofrekvenční konektor

Rozložení uživatelských konektorů J1 a J3 je uvedeno na vedlejším obrázku. Konektor výrobce J2 nesmí být na desce uživatele připojen.

Řídící signály na konektoru J1:

J1-1 : Clock_Rx_Data - na tomto výstupu (0-VCC) vytváří modul synchronizační hodiny pro přijímaný signál. Data na výstupu Rx_Data jsou platná na vzestupnou hranu hodinového kmitočtu.

J1-2 : Tx_Data - vstupní data určená pro přenos (0-VCC).

J1-3 : Rx_Data - výstup přijatých dat (0-VCC)

J1-4 : RxTx. - nastavuje režim modulu:

RxTx = 0V nastaveno vysílání

RxTx = VCC nastaven příjem

J1-5 : GND - zem obvodu (0 V).

J1-6 : D0. - volba rychlosti přenosu dat.

J1-7 : D1 - volba rychlosti přenosu dat.

J1-8 : PWD - nastavuje modul do aktivního nebo pohotovostního režimu.

PWD = 0V pohotovostní režim (má nízkou spotřebu)

PWD = VCC aktivní režim (je připraven přijímat či vysílat)

J1-9 : VCC - napájecí napětí modulu 3V.

Vysokofrekvenční konektor J3:

Do tohoto místa může být přímo připojen konektor 50 Ohm, koaxiální kabel nebo může být připájena anténa.

3. Nastavení přenosové rychlosti

Přijímač modulu ARF2104B musí mít nastavenu stejnou přenosovou rychlost jako tu, kterou mají být přijímaná data, tj. na jednu z následujících 4 hodnot: 4 kbit/s, 16 kbit/s, 32 kbit/s a 64 kbit/s. Toto nastavení přenosové rychlosti je platné pouze pro přijímač a jeho filtrační obvody. Vysílač může vysílat data rychlostí v rozmezí od 4 kbit/s do 64 kbit/s, ale přijímač musí být nastaven na jeho vysílací rychlost. V opačném případě bude hodinový signál Clock_Rx_Data generován jako chybný.

Konfigurace se provádí prostřednictvím dvou vstupů D0 a D1 na konektoru J1:

D1 (J1-7) D0 (J1-6) Přenosová rychlost

0 0 4 kbit/s

0 1 16 kbit/s

1 0 32 kbit/s

1 1 64 kbit/s

4. Synchronizace modulů

Výhodnou vlastností modulu ARF 2104B je synchronizace příjmu dat mezi modulem a řídící uživatelskou jednotkou pomocí hodinového signálu Clock_Rx_Data při příjmu dat na obsazeném vf. kanálu. Tehdy data na výstupu Rx_Data jsou platná na vzestupnou hranu hodinového signálu Clock_Rx_Data. Pro správný příjem (synchronizaci Rx_Data signálem Clock_Rx_Data) vysokofrekvenčního signálu musí být datový rámec zahájen synchronizačním vzorem. Tehdy není proto nutné řešit chybnou synchronizaci na straně přijímače.

Je-li přenosová rychlost přijímače nastavena shodně s pracovní přenosovou rychlostí vysílače, bude hodinový signál Clock_Rx_Data zasynchronizován během vyslání synchronizační posloupnosti 20 bitů střídajících se 0 a 1.

Přenosová rychlost doba bitu minimální doba preamble

4 kbit/s 250 ms 5 ms

16 kbit/s 62,5 ms 1,25 ms

32 kbit/s 31,25 ms 625 ms

64 kbit/s 15,625 ms 312,5 ms

5. Využití pohotovostního režimu

Modul má možnost minimalizace spotřeby přepnutím do pohotovostního režimu. V případě, že tuto funkci chceme u přijímače využít, provádí se předání dat do přijímače následujícím způsobem:

Modul v režimu přijímače je aktivován během přítomnosti synchronizačního rámce. Tehdy přijímače pracují v tzv. “vzorkujícím” režimu, kdy jsou periodicky převáděny z pohotovostního stavu do aktivního a zpět. To znamená, že vysílací modul musí vysílat synchronizační posloupnost o délce trvání Tsync alespoň po dobu pohotovostního režimu modulu + dobu přechodu z pohotovostního režimu do aktivního + dobu pro synchronizaci na 20 bitech. Např. při přenosové rychlosti 16 kbit/s:

doba synchonizačního rámce Tsync o 20-ti bitech = 1,25 ms

doba přepnutí z pohotovostního do aktivního režimu Twake_up = 35 ms

Celková délka synchronizační "budící" posloupnosti vysílané vysílačem před vysíláním rámce (záhlaví + uživatelská data) musí být alespoň:

doba pohotovostního režimu Tstanby mezi dobami poslechu = 1000 ms

Tsync_vys = 1000 + 35 + 1,25 = 1036,25 ms

Přijímač bude aktivován každou vteřinu, tj. délka plné spotřeby výkonu bude:

Twake_up + Tsync_20 = 36,25 ms

To znamená, že přijímač bude mít spotřebu:

36,25 / 1036,25 = 3,5 % spotřeby přijímače v období, kdy vysílač nevysílá.

Spotřeba přijímacího modulu je zvýšena o spotřebu v pohotovostním režimu. Celková spotřeba je:

(0,035 * 8 mA) + 0,16 mA = 0,44 mA

V okamžicích aktivního režimu modulu musí řídící jednotka rozpoznat, zda přijímač přijímá synchronizační posloupnost či nikoliv. V případě, že tato není přítomna, musí převést řídící jednotka modul (případně i sebe) opět do pohotovostního režimu.

V případě příjmu synchronizační posloupnosti, zůstane modul na příjmu a po identifikaci začátku datového rámce tento přijme.

Poznámka: Zde uváděné časování je dáno pouze jako příklad a může být modifikováno dle aplikace a typu dat, požadované spotřeby, apod.

6.Komunikační protokol

Přijímač neobsahuje potlačovač šumu a na výstupu vytváří digitální šum v případě nepřítomnosti vysokofrekvenčního signálu. Proto mohou vznikat i falešné "interference" s daty. Data budou proto “čistá” pouze v případě, že přijímač skutečně přijímá odpovídající signál.

Pro potlačení falešných dat je nutné použít některý ze standardních komunikačních protokolů. Datový rámec musí mít nějakým způsobem označen začátek a konec rámce, řídící pole protokolu doplněné adresou pro mnohabodové spoje a zabezpečovacími bity pro detekci chyby při přenosu.

7.Podmínky integrace modulu do zařízení

Umístění na matiční desce:

Význam jednotlivých vstupů/výstupů byl popsán v kapitole 2. Jednotlivé vývody (napájecí, příkazové a datové) mohou být na řídící (matiční) jednotku připojeny přímo přes konektor J1 (konektor J2 musí být izolován). Totéž platí i pro vysokofrekvenční výstup a s ním spojenou zem (konektor J3). Ten může být přímo spojen s anténou či s plošnou anténu vyleptanou v matiční desce.

Matiční deska může být konstruována tak, že vysokofrekvenční výkon může být odveden pomocí 50 Ohm plošného spoje přes konektor k extérní anténě. Tento spoj je tvořen plošným spojem o šíři 2,5 mm, který musí být umístěn na dvojstranném plošném spoji, kde druhá vrstva je vrstvou zemní (připojovací konektor či vodič musí být co nejkratší). Taktéž se doporučuje, aby "anténní vodič" byl co nejvíce vzdálen od spojů přenášejících digitální signály obsahující rušení.

EMC aspekty:

Když integrujeme radiový modul uvnitř elektronického systému, měla by matiční deska obsahovat zemní vrstvu, která se rozkládá pokud možno přes celou matiční desku. Zem modulu a zem vysokofrekvenčního signálu musí být na desce spojeny co nejkratší cestou. Je doporučeno, aby modul byl vložen na opačnou stranu matiční desky, než jsou umístěny spoje a součástky.

Při integraci modulu ARF2104 je nutné vzít v úvahu, že obsahuje i přijímací část, která je velmi citlivá. Proto se musí vysokofrekvenční digitální část modulu ochránit dodatečnými filtry znázorněnými v následujícím obrázku:

Ačkoliv modul ARF2104B splňuje výše uvedenou normu (podmínky provozu v ČR), jejich integrace do “cílového” elektronického systému může změnit některé elektrické vlastnosti (úroveň harmonických, vysokofrekvenční rušení, apod.). Proto dbejte výše uvedených pokynů.

8. Technické parametry

Vysílací část

Pracovní frekvence ....................................................................... 433,90 MHz

Vyzářený výkon (max.) ...................................................................... 10 mW / 50 Ohm

Modulace ................................................................................... CPFSK + 125 kHz

Spotřeba v aktivním režimu .......................................................... 25 mA

Spotřeba v pohotovostním režimu .............................................. < 0,160 mA

Přijímací část

Technologie ................................................................................... přímá konverze

Pracovní frekvence ....................................................................... 433,90 MHz

Citlivost přijímače ....................................................................... 1,8 mV (-103dBm)

Modulace ................................................................................... CPFSK + 125 kHz

Spotřeba v aktivním režimu ........................................................... 8 mA

Spotřeba v pohotovostním režimu ............................................... < 0,160 mA

Společné vlastnosti

Napájecí napětí ................................................................................... 2,5 - 3,5 V

Rychlost přenosu dat ....................................................................... 4, 16, 32, 64 kbit/s

Digitální vstupy ................................................................................... 0 - 3 V

Digitální vstupy - logická úroveň H .............................................. > VCC - 0,3 V

Doba přepnutí vysílače z pohotovostního režimu do aktivního ......... 30 ms

Doba přepnutí přijímače z pohotovostního režimu do aktivního ......... 35 ms

Doba přepnutí mezi příjmem a vysíláním .................................. 0,5 ms

Dosah ve volném prostoru (závisí od antény) .................................. 300 m

Dosah v zastavěném prostoru (závisí od antény) ...................... 70 m

Teplotní rozsah ................................................................................... 0 OC až 50 OC

Rozměry desky ................................................................................... 40,1 x 45,2 x 5,60 mm

Váha ................................................................................................ 10 g

Homologace ................................................................................... ČSN P I ETS 300-220

9. Mechanické rozměry

Rozložení uživatelských konektorů J1 a J3 je uvedeno na vedlejším obrázku. Konektor výrobce J2 nesmí být na desce uživatele připojen.

Firma Herman se stala výhradním dovozcem radiokomunikačních modulů ARF 2104 B od francouzké firmy ADEUNIS-RF s těmito základními parametry:

Vysílač:

frekvence 433,9 MHz

výstupní výkon 10 mW / 50 Ohm

Ing. Ivo Herman, CSc. 20-08-2008 21:17:54