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SX1278中文资料

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大部分的Sx1278的英文资料都翻译了,翻译的很不错。

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厦门市岗本电子科技有限公司 GB1278-H 数据手册 使用 SX1278 芯片 超低功耗长距离无线模 块 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 目录 1 产品描述.......................................................................................................................................................................5 2 产品特性.......................................................................................................................................................................6 3 应用范围.......................................................................................................................................................................6 4 技术参数.......................................................................................................................................................................6 4.1 基本参数............................................................................................................................................................... 6 4.2 极限参数............................................................................................................................................................... 7 4.3 运行条件............................................................................................................................................................... 7 4.4 功耗规格............................................................................................................................................................... 7 5 外形尺寸和引脚说明...................................................................................................................................................8 6 引脚描述.......................................................................................................................................................................9 7 电路连接框图.............................................................................................................................................................10 8 调制模式概述.............................................................................................................................................................10 8.1 LORATM 调制...................................................................................................................................................... 11 8.2 FSK/OOK 调制................................................................................................................................................... 11 9 LORATM 调制............................................................................................................................................................ 11 9.1 LORATM 链路设计................................................................................................................................................ 12 9.2 扩散因子.............................................................................................................................................................12 9.3 编码率................................................................................................................................................................. 13 9.4 信号带宽.............................................................................................................................................................14 9.5 LORATM 包结构.................................................................................................................................................14 9.5.1 序文............................................................................................................................................................. 14 9.5.2 报头............................................................................................................................................................. 15 9.5.3 有效载荷..................................................................................................................................................... 15 9.5.4 空中持续时间............................................................................................................................................. 15 9.6 CLORATM 跳频...................................................................................................................................................... 16 9.7 LORATM 数字接口................................................................................................................................................ 17 9.8 LORATM 配置寄存器.............................................................................................................................................17 9.9 LORATM 数据缓冲器 FIFO.................................................................................................................................... 17 9.10 LORATM 调制的运行.......................................................................................................................................... 18 9.10.1 数据发送流程........................................................................................................................................... 19 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 9.10.2 数据接收流程........................................................................................................................................... 21 10 CAD(CHANNEL ACTIVITY DETECTION).................................................................................................. 24 11 数字 IO 管脚映射.................................................................................................................................................... 27 12 频率误差指示器(FREQUENCY ERROR INDICATOR).............................................................................. 28 13 序文检测器...............................................................................................................................................................29 14 镜像抑制混频器.......................................................................................................................................................29 15 镜像和 RSSI 校准....................................................................................................................................................29 16 启动时间...................................................................................................................................................................30 16.1 发射启动时间................................................................................................................................................... 31 16.2 接收器启动时间............................................................................................................................................... 31 16.3 TX 到 RX 切换时间.......................................................................................................................................... 32 16.4 RX 到 TX 转变时间.......................................................................................................................................... 32 16.5 RX 到 RX 切换时间.........................................................................................................................................33 16.6 TX 到 TX 切换时间.......................................................................................................................................... 33 17 发射器描述...............................................................................................................................................................34 17.1 框架描述(ARCHITECTURE DESCRIPTION).................................................................................................... 34 17.2 RF 功率放大器(RF POWER AMPLIFIERS).....................................................................................................34 17.3 +20DBM 高功率增益( HIGH POWER +20 DBM OPERATION ).................................................................... 35 17.4 过流保护(OVER CURRENT PROTECTION).....................................................................................................35 18 接收器描述...............................................................................................................................................................36 18.1 接收器使能和接收器活跃状态....................................................................................................................... 36 18.2 RSSI(信号强度指示)时间评估................................................................................................................... 36 18.3 信道滤波器 (CHANNEL FILTER).......................................................................................................................36 19 模块复位...................................................................................................................................................................38 20 侦听模式...................................................................................................................................................................38 20.1 序文中断唤醒................................................................................................................................................... 38 20.1.1 时间图解................................................................................................................................................... 39 20.1.2 定序器配置................................................................................................................................................ 39 20.2 同步字中断唤醒(WAKE ON SYNCADDRESS INTERRUPT).............................................................................40 20.2.1 时间图解................................................................................................................................................... 40 20.2.2 定序器配置................................................................................................................................................ 41 20.3 顶层定时器:BEACON(信标)模式.............................................................................................................. 42 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 21 LORA 运行参数计算工具...................................................................................................................................... 44 22 LORA SX12XXDRIVERS API 2.0...................................................................................................................... 45 23 注意事项....................................................................................................................................................................47 附录 1 原理图.................................................................................................................................................................48 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 1 产品描述 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd GB1278-H 无线模块支持 LoRa 调制模式,该工作模式能够在低功耗情况下实现超长距 离无线通信及高抗干扰能力。 GB1278-H 无线模块信号灵敏度超过-148dBm 这种高灵敏度结合+20dBm 的功率放大 器使工业链路预算达到最优,能过满足所有应用要求的范围与可靠性。在集成化和选择性 能上也有很大意义改进,与传统调制技术相比解决了传统设计需要在通信范围、抗干扰能 力以及功耗上需要作出妥协的问题,也就是说它具有通信范围大、抗干扰能力强、功耗低 的优越性能 在一些包含 WMBus、IEEE802.15.4g 的系统上,这些设备同样支持高性能的 FSK 调制 技术。 图 1 GB1278 (v1.0)无线收发模块 GB1278-H 是一款采用美国升特 SX1278 作为核心的的高性能、超低功耗、超长距离射 频收发系统模块,支持自动 RF 检测低功耗工作模式,适合低功耗、超长距离、低速率无 线应用。 序号 产品型号 产品特征描述 备注 1 GB1278-H SIP 通讯接口,最大发射功率+20dbm 100mWRF 射频输出 — http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 2 产品特性 ◇ LoRaTM 调制 ◇ 168dBm 最大链路预算 ◇ +20dBm 和 100mW 的 RF 射频输出 ◇ 高达+14dBm 的高效率功率放大器 ◇ 高达 300kbps 的可编程比特率 ◇ 高灵敏度:低至-148dBm ◇ 9.9mA 的低接收工作电流,200nA 寄存器工作电流 ◇ 完全整合了分辨率为 61Hz 的 FSK,GFSK,MSK,LoRaTM 和 OOK 调制 ◇ 内置的用于时钟恢复的位同步器 ◇ 序文检测 ◇ 127dBm 动态范围的信号强度指示器 ◇ 自动 RF 检测和超快的 CAD 自动频率控制 ◇ 数据包拥有最大 256 个字节的 CRC 校验 ◇ 内置的温度传感器和低电压指示器 3 应用范围 ◇ 自动仪表 ◇ 大规模的灌溉系统 ◇ 极远距离, 高性能无线数传、通信、控制系统 ◇ 工业自动化数据采集、过程控制 ◇ 石油、矿石野外开采自动化数据采集 ◇ 民用、军用训练设施 ◇ 电力设备、电气设备状态监测系统 ◇ 安防与报警系统, 楼宇、建筑物自动化 ◇ 气象监控、温度监控、环境监控、节能监测 4 技术参数 4.1 基本参数 技术指标 工作频率 扩散因子 带宽 参数 137 - 525 MHz 6 - 12 7.8 - 500 kHz 备注 - http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 有效比特率 灵敏度 工作电压 发射功率 通讯距离 数据接口 调制方式 工作温度 4.2 极限参数 符号 VDDmr Tmr Tj Pmr 4.3 运行条件 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 018 - 37.5 kbps -111 到 -148 dBm 2.0-3.6V +20dBm(100mW) 10km-15km(500bps) SPI 接口 LoRa/FSK/OOK -20- 85°C 表 1 模块技术参数 无遮挡可视距离 - 工作时若是超过以下罗列的参数值,模块将永远失效 描述 工作电压 工作温度 节点温度 RF输出 min max 单位 -0.5 3.9 V -55 +115 °C -- +125 °C -- +20 dBm 符号 VDDop Top Clop ML 工作电压 工作温度范围 端口搭载电容 RF 输入 描述 Min Max 单位 1.8 3.7 V -40 +85 0C - 25 pF - +10 dBm 4.4 功耗规格 下面表格里给出了 GB1278 模块在以下工况下的电气参数:供电电压 VDD=3。3V, 温度为 25°C 系统晶振 FXOSC=32MHz,Frf=169/434MHz,Pout=+13dBm,无预过滤的 FSK 调质系统 2 级标准,FDA=5kHz,比特率为 4.8kb/s 和匹配阻抗为 50 欧姆。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 符号 IDDSL IDDIDLE IDDST IDDFS IDDR IDDT 描述 休眠模式工作电流 空闲模式工作电流 待机模式工作电流 合成模式工作电流 接收模式工作电流 配有阻抗发送模式工作电 流 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 条件 Min Typ Max 单位 - 0.2 1 uA RC 振荡器使能 - 1.5 - uA 晶振振荡器使能 - 1.6 1.8 mA FSRx - 5.8 - mA LnaBoost Off, band1 LnaBoost Off, band1 Bands 2&3 RFOP=+20dBm,on PA_BOOST RFOP=+17dBm,on PA_BOOST RFOP=+13dBm,on RFO_LF/HF pin RFOP=+7dBm,on RFO_LF/HF pin - 10.8 - - 11.5 - mA - 12.0 - - 120 - - 87 29 - mA - 20 - 5 外形尺寸和引脚说明 GB1278 无线模块; 外形尺寸为 630milx1420milmmx117mil(18mm*36mm*2.5mm); 天线接口支持 SMA 接头、弹簧天线; 图 1 GB1278 无线模块尺寸图 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd GND VCC RESET DIO0 DIO1 DIO2 GND PIN8 PIN9 PIN10 PIN11 PIN12 PIN13 PIN14 PIN7 PIN6 PIN5 PIN4 PIN3 PIN2 PIN1 NSS MOSI MISO SCK DIO5 DIO4 DIO3 6 引脚描述 名称 PIN01 PIN02 PIN03 PIN04 PIN05 PIN06 PIN07 PIN08 PIN09 PIN10 PIN11 PIN12 PIN13 PIN14 图 2 GB1278 无线模块引脚说明 引脚名称 DIO3 DIO4 DIO5 SCK MISO MOSI NSS GND VCC RESET DIO0 DIO1 DIO2 GND 数字I/O口 数字 I/O 口 数字I/O口 SCK 时钟信号 MISO 数据输出 MOSI 数据输入 NSS 片选 地 电源 复位 数字I/O口 数字I/O口 数字I/O口 地 描述 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 7 电路连接框图 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 8 调制模式概述 GB1278-H 无线模块是一个半双工,中低频收发器。收到的射频信号首先通过 LNA 放大。再往下的 LAN 输入是微分转换器,它能提高二阶线性和谐波抑制。然后信号在 混频阶段被中间频率转换成同相正交的成分,再由一对Σ-Δ模数转换器开始数据的转 换,后续的所有信号的处理和解调在数字域进行。数字状态机也可以控制自动频率校正 (AFC),接收信号强度指示器(RSSI),自动增益控制(AGC)。它还具有更高级别的 封装功能和顶层程序装置的协议层功能。 频率合成器产生一个振荡频率,为接收器和发射器提供一个本地的频率,一个为覆 盖较低的 UHF 频段(至多 525 MHz)。PLLs 的用户透明锁定时间、快速自动校准操作被 做了优化。在传送的时候,频率解调在 PLL 带宽里数字化地进行。为了改善频谱的纯度, PLL 也具有预过滤比特流的选项。 GB1278-H 无线模块通过一个专用的匹配网络发射高达+20dBm 信号,涵盖全频段 的频率合成器。 GB1278-H 无线模块包含了两个时间基准, 一个阻容振荡器和一个 32MHz 晶振振荡 器。射频前端的所有主要参数和数字状态机都通过 SPI 接口配置寄存器。 GB1278-H 无线模块配备了标准的 FSK 和长距离扩频 LoRa 调制解调器,依靠这个 模式的选择,即可以使用传统的 FSK 和 OOK 调制也可以使用 LoRa 的扩频调制。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 8.1 LoRaTM 调制 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd LoRaTM 调制解调器使用专有的扩频调制技术,这种调质机制与传统的调质机制相 比增加了链路预算和带内抗干扰能力。 8.2 FSK/OOK 调制 在 FSK 和 OOK 模式下支持标准调制技术包括 OOK,FSK、GFSK、MSK、GMSK。 low-IF 架构的使用和内置的 AFC 功能使得本模块非常适合于窄带通信。 9 LoRaTM 调制 LoRaTM 调质解调器使用的是扩频调制技术和向前纠错技术,它的无线通信链路比传 统基于 FSK 或 OOK 调制器有更远传播范围和更加健壮。下表总结了几个关键参数设置 的实例情况。这里的扩频因子和纠错率设计为变量,允许设计师充分利用这种在所占频 道带宽,数据速率,链路预算的改进和抗干扰之间做出权衡选择。 带宽 (kHz) 10.4 20.8 62.5 125 扩散因子 6 12 6 12 6 12 6 12 编码率 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 比特率 (bps) 782 24 1562 49 4688 146 9380 293 灵敏度 (dBm) -131 -147 -128 -144 -121 -139 -118 -136 参考频率 TCXO XTAL LoRaTM 调制性能实例,868mHz 频带 注意:对于所有工作在带宽低于 62.5kHz 的建议使用 TCXO 作为参考频率,这个要 求由电器规范书里面的频率误差公差规格书中给出。高的扩散因子和长的传播时间强加 了一些严厉的约束。 对于欧洲的一些机构,对于每个子带的晶振公差可接受的范围在规格书的相关表格 给出。在美国,使用的是一种可以自动运行 LORA 扩频调制技术和自动跳频技术。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd LoRa 调制解调器的另一个重要方面是它增加免疫干预,LoRa 调制解调器能够同信 道下抑制高达 20db 的 GMSK 信号。这种免疫干扰能力允许 LoRa 调制系统与带内繁忙 通信系统或与需要用到 LoRa 调制技术(当传统调制方案失败)的混合通信网络共存。 9.1 LoRaTM 链路设计 LoRaTM 的调制结构如下表,这种配置允许 LoRa 调质体制通过配置寄存器的设置 来简单地代替 FSK 调制机制。这种替代能运行在飞行模式下(休眠模式),使 FSK 或 OOK 标准也具有大范围通信的能力。LoRaTM 的这种调质解调机制是专有的技术,它使 用的是一种循环错误校正编码与扩频技术相结合的技术,这两个因素的综合影响增加链 路预算和增强免疫干预。 解调 解扩 调制 扩频 错误 修正 提取有 效载荷 编码 构造数 据包 Lora FIFO SPI 接口 FSK/OOK/Lora Lora FSK/OOK 收发器 FSK/OOK FSK/OOK FIFO 通用 Odd FSK Lora OOK TLS 配置寄存器 发送和接收过程的简单缩略图如上所示,这里我们可以看到 LoRa 拥有一个独立的 双端口缓冲区 FIFO。在所有模式下,这个缓冲区可以通过 SPI 接口访问。在设置成 LORA 模式时候配置寄存器则会映射出这个设置。这样就可以对于某个特定的应用程序进行 LoRaTM 调制优化,设计者可以通过三个关键参数进行优化,这三个参数分别是扩散因 子,调制带宽和错误编码率。 9.2 扩散因子 LoRaTM 扩频调制是通过展现有效信息的每个位来进行通信的,这种扩频信息的发 送速率需要参考符率,这种公称符率与芯片速率之间的比率就是扩散因子,展现了发送 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 出去的符号总数每一位的信息。扩散因子值得范围在下表中。 扩散因子 (RegmodulationCf g) 6 7 8 9 10 11 12 传播因素 (chips/symbol) 64 128 256 512 1024 2048 4096 LoRa 解调 SNR -5dB -7.5dB -10dB -12.5dB -15dB -17.5dB -20dB 扩散因子范围 需要注意,扩散因子,传播因素在收发双发的连接上必须被提前知道,因为不同的扩 散因子是相互正交的。还要注意由此产生的信号噪声比(信噪比)在接收器的输入要求。 在负信噪比下接收信息的能力增加了接收器的灵敏度、链路预算,传播范围。 在 LoRaTM 调制中,为了得到最高可能的数据数率,扩散因子经常使用(SF=6)。 ◇ 在寄存器 RegModemConfig2 中设置 SpreadingFactor = 6 ◇ 报头设置成隐性模式 ◇ 将地址为 0X31 寄存器 2-0 位赋值为 0b101 ◇ 将地址为 0X37 的寄存器值写为 0X0C 9.3 编码率 为了进一步改进链路的健壮性,LoRaTM 调制采用循环错误编码进行向前错误检测 和校正,这种错误编码校正产生了传播设备的额外开销。下表是每个设备对应的额外开销 以及相关信息 编码率 (RegTxCfg1) 1 2 3 4 循环编码率 4/5 4/6 4/7 4/8 开销比 1.25 1.5 1.75 2 循环校验开销 向前纠错对于改善受干扰链路的稳定性非常有效,这样的话编码率和受干扰时的鲁棒性 会相对改变,以反应信道的工作情况。编码率可以根据需要加在包头来供接收器使用。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 9.4 信号带宽 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 增大信号的带宽,可以使数据的有效率提高,即能使传输时间减少,不过会使灵敏 度变小。在大多数国家,可以占用的带宽都是有监管和约束的,与 FSK 调制相比,这里 描述的是单边带方面的带宽。LoRaTM 调制带宽参考双边带带宽(总通道带宽)。 带宽 (kHz) 7.8 10.4 15.6 20.8 31.2 41.7 62.5 125 250 500 扩散因子 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 编码率 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 4/5 比特率 18 24 37 49 73 98 146 293 586 1172 注意:在更低的频带上(165MHz)250KHz 和 500KHz 的带宽是不支持的 9.5 LoRaTM 包结构 LoRaTM 调制解调器使用两种类型的数据包格式,显性和隐性。显性的包结构包含了一个 简短的报头,这个报头包含了一些传输字节数的信息、编码率的信息和是否使用 CRC(循 环冗余码校验)的信息。这种包格式如下所示: LoRaTM 包包含以下三部分: ◇ 序文. ◇ 可选报头 ◇ 有效载荷数据 序文符号 报头符号 序文 报头 CRC (只对于显性) 有效载荷 有效载荷 CRC 验证 CR=4/8 CR=编码率 9.5.1 序文 SF=传播因素 当数据流流入时接收器根据序文来进行数据的同步,在默认情况下,该数据包被配 置成具有 12 个符号长度的序列,这是一个可编程的变量,以便序文的长度可以被扩展, 例如可以在集中型的接收应用中减小接收器占空比。然而最小的长度也足够用于所有通 信,发射的数据包的序文长度可以通过设置寄存器设置,长度从 6 到 65535 个字节,这 样序文总长度就在 6+4〜65535+4 个字节。一旦序文的长度固定开销被认定好了,这样 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 话允许任意长度的序文长度的发送。 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 接收器会定期的重启进行检测序文处理,这样的话接收端配置的序文长度要和发射 器发出来的序文长度一样长,这里序文的长度是未知的,可以改变的,最大的序文长度 是在接收器端由程序控制。 9.5.2 报头 根据选择可以有两种报头模式的选项,报头类型的选择可以在 RegModemConfig1 寄存器 的 ImplicitHeaderModeOn 位上做进行设置。 显性模式报头: 这是系统运行的默认模式。头部里包含了以下有效载荷的信息,即 ◇ 有效载荷的字节长度 ◇ 向前纠错编码率 ◇ 一个可选的 16 位的循环冗余校验码 这种模式误差校正码会达到最大(4/8),它自身也有 CRC 校验,允许接收器丢弃无 效的报头的数据。 隐性模式报头: 在某些特定的情况下,有效载荷、编码率、CRC 校验是否存在,是固定的或是事先被知 道的,而使用隐性的报头模式有利于缩短的数据传输时间。在这种模式下报头会从数据 包中移除。在这种情况下,有效载荷的长度,错误编码率和有效载荷的 CRC 是否需要, 必须手动的在无线链路的两端进行配置。 注意: 扩散因子为 6 时,只能使用隐性模式报头 低数率优化: 考虑到在高扩散因子下,传输过程中可能存在持续时间比较长的数据包。用户可以选择 通过频率变更来提高数据在接收或传送期间的鲁棒性。LowDataRateOptimize 这个位的 设置能增加在这样低的有效的数据传输数率下 LORa 链路的鲁棒性。其作用是当符号的 持续时间超过 16ms 时对其进行托管(强制执行)注意:收发端两端的这个设置必须是 一致的 9.5.3 有效载荷 有效载荷数据包是一个可变长度的字段,包含了一些实际数据,这些数据编码的误码 率在显性模式报头或隐性模式的设置寄存器中有说明。可以根据需要附加上 CRC 校验。 9.5.4 空中持续时间 LORA 数据包持续时间是序文的持续时间和传输数据包的时间总和; 整个数据包在空中持续时间是有效负载持续时间和序文持续时间的总和: http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 9.6 cLoRaTM 跳频 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 频率跳跃扩频技术(FHSS)通常用于当单一的数据包在空中持续的时间超过了管理 要求的最大占用信道的允许时间。在美国,这种技术经常被使用。为了简化 FHSS 系统 的实现,LORA 调制的频率跳跃模式可以在 FreHoppingPeriod 寄存器中设置,置一个非 零数为使能。 运行原理: FHSS 设计方案规定每个 LORA 数据包在各个跳跃频道上的传输情况,跳跃信道可 以从主机中的微处理器中的频率管理表中查阅。经过一个预先设置好的跳跃周期,发射 器和接收器就会跳到下一个信道从而开始包的下一部分的接收和发送,这些信道是预先 定义好在一个频率跳跃列表。每个信道上传输的时间是由 FreHoppingPeriod 寄存器上设 定的,它的大小是信号周期的整数倍。 HoppingPeriod =Ts*FreqHoppingPeriod 频段跳跃的发送和接收过程在 channel0 开始,序文和报头会在 channel0 上传输,在开 始发送时,信道计数器 FhssPresentChannel 会递加和产生中断信号 FhssChangeChannel。在 跳跃周期中,新的频段有程序预先设定好的,从而确保频段就是下一个要跳跃的频段, 中断标志位 ChangeChannelFhss 则通过写 1 进行清除。 FHSS 接收总是从 channel0 开始,接收器在启动频段跳跃过程前会等待一个有效的 序文。注意:如果报头有 CRC 损坏,则接收器会请求处在 channel0 并自动重新检测有 效序文。 信道更新时间 信道的更换通过中断请求的,中断标志位在换新信道时生成,频段的跳跃过程如下图 详述: 数据包 序文 报头 有效载荷 FhsspresentChannel FhsschangeChannel 信道 0 跳频时段 信道 1 信道 2 信号传送器 信道 3 FhsspresentChannel FhsschangeChannel 信道 0 信道 1 信道 2 信号接收器 信道 3 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 9.7 LoRaTM 数字接口 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd LORA 调制解调器包含三种类型的数字接口,静态的配置寄存器,状态寄存器和一 个数据缓冲器 FIFO,这些寄存器都可以通过 SPI 接口进行设置或读取,各类寄存器的完 整的描述请在“sx1276_ag.pdf” 文档 6.4 节(106 页-111 页)中查阅,SPI 接口就是通 过这些地址来访问那些寄存器。 9.8 LoRaTM 配置寄存器 配置寄存器可以通过 SPI 接口进行访问,这些寄存器在休眠模式下也是可读的(任 何模式下都可读),但是它们只有在休眠模式和待机模式下才能进行写操作。在 LORA 模式中自动 TLS 模式是不支持的,配置寄存器的设置在表 38 中(“sx1276_ag.pdf” 文 档 6.1 节(88 页-90 页)中查阅),LORA 的配置寄存器都被保留在 FSK/OOK 模式中因 此寄存器在这三种模式下都是通用的。 9.9 LoRaTM 数据缓冲器 FIFO GB1278 无线模块配备了一个 256 个字节 RAM 做为数据缓冲区,这个缓冲区只有在 LORA 模式下才能被使用。这个 RAM 在这里叫做 FIFO 数据缓冲区,这个缓冲区是可以 完全由用户进行配置,允许收到的数据或是即将发送的数据在这里存取。我们可以通过 SPI 接口来使用这个数据缓冲区用户自定义的内存映射如下图标。除了在休眠模式和进 行最后接收到的数据的存储的时候不能对它进行读操作其他任何模式都可以读。每次切 换到新的接收模式时,它会自动清除掉之前的内容。 工作原理: 由于它是双端口配置,这样的话在 FIFO 中可以进行接收和发送数据,寄存器 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd RegFifoTxBaseAddr 指定了存放发送数据的信息的地址。同样地,接收的数据的信息在 FIFO 里存放的位置(内存地址)由 RegFifoRxBaseAddr 给出。 默认情况下,设备一上电就配置好了,内存的一半容量(从 0x00 地址开始)用于接 收缓存,另外一半(从 0x80 开始)用于存放发送的数据。然而,由于 FIFO 数据缓冲区 的连续特性,那些为TX和RX分配的基址完全可以配置成这256个字节内存的任意 一个字节,每个指针可以独立地设置成指向FIFO的任何地方。为了能在接收和收发 工作模式时得到最大内存的使用。FIFO可以用于这两种工作模式通过将寄存器 RegFifoTxBaseAddr 和 RegFifoRxBaseAddr 设置成 0x00。 设备在设置成休眠模式时,FIFO数据区的数据会被清除掉,并且不能对其进行 访问。然而在LORA模式下其他模式之间的切换可以保存住FIFO中的数据。这样 在控制器端收到的包可以最小信息量进行转播。FIFO 数据区不会自己清除掉内容(除 非是在睡眠模式),只有当一组新的数据被写到那个被占用的内存位置,那块内存上的数 据才会被擦除掉。 通过SPI接口,可以访问FIFO数据区上的每个位置上的内存,该内存地址存 放在寄存器 RegFifoAddrPtr 中.所以在进行读写操作之前需要先初始化这个寄存器,使它 指向正确的位置。在读写时候 RegFifo 地址指针会自动递增。 在成功接收到的数据,RegRxNbBytes 寄存器定义了存放该数据数据所需内存大小。 RegPayloadLength 寄存器表明将要作为数据被发送出去的有效载荷占多大的内存。在隐 性报头模式下, 由于有效载荷的字节长度是已知的,所以寄存器 RegPayloadLength 寄 存器在这个模式下是闲置的,另外,显性报头模式下,所需缓存区的大小被设置在接收 到的数据包报头上。RegFifoRxCurrentAddr 寄存器表明了在FIFO里最新收到的数据 包的位置,这样的话接收到的最新一个数据包可以很容易的根据指向它的寄存器 RegFifoAddrPtr 的内容来读取。 需注意的一点是接收到的数据即使CRC校验是无效的也同样会被写进去FIFO 里,允许用户自己来处理和定义损坏的数据。还有一点要注意的是,在接收时,当接收 到的数据超过了缓冲区分配用于接收的内存大小时,它会覆盖掉一部分用于发送的内存 单元。 9.10LoRaTM 调制的运行 LORA 调制模式可以通过设置寄存器 RegOpMode 的 LongRangeMode 位来进行选 择,根据运行模式的选择,下表给出了其功能的范围以及相应的设置寄存器: http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 工作模式 SLEEP 描述 低功耗模式,这种模式下只有 SPI 接口和配置寄存器可以使用,Lora FIFO 不能被 访问 注意:在只有在这种模式下才能进行 LoRa 模式和 FSK/OOK 模式之间的切换 STAND-BY FSTX FSRX TX RXCONTINUOUS RXSINGLE CAD 晶振和基带模块打开,RF 和 PLLs 模块关闭 频率合成发送模式,PLL 锁相环锁定开启,RF 模块关闭 频率合成接收模式,PLL 锁相环开启,RF 模块关闭 上电激活 SX1276 后,其余模块处于为发送做准备状态,发送完毕进入待机模式 上电激活 SX1276 后,其余模块处于为接收做准备状态,接收和处理接收到的数据, 直到有其他工作模式请求才停止接收数据 上电激活 SX1276 后,其余模块处于为接收做准备状态,接收和处理接收到的数据, 一直处于这种状态,直到收到一个有效数据包后进入待机模式 该种模式下,设备会根据一个给定的信道检测 LoRa 序文信号 可以通过 RepOpMode 寄存器来设置工作模式 LORA 调制解调器工作流程: 发送和接收来自 LORA 调制解调器发送和接收数据的工作顺序,结合典型的工作流 程图,详述如下: 9.10.1 数据发送流程 在发送模式下,在需要发送数据时才开启 RF,PLL,和 PA 模块,这样可以减小功耗; 图 9 展现了一个典型的 LORA 调制发送数据的顺序 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 待机模式 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 发送初始化 写发送数据到 FIFO 发送模式请求 等待完成发送中断 待机模式 是 否 新的发送请求? 其它请求 图 9.10.1 数据发送流程图 ◇ 静态寄存器只有在休眠模式、待机模式和 FSTX 模式下才能被使用。 ◇ LORA 调制的 FIFO 只有在待机模式下才能被写满。 ◇ 数据是在发送 TX 模式请求后才发送 ◇ 数据发送结束后,TxDone 中断发出,设备进入待机模式 ◇ 继之前的数据传输后,无线设备可以通过手动设置成休眠模式或是写入一些 数据到 FIFO 为下次发送做准备 LoRaTM 发送数据在 FIFO 填充 为了能把所要发送的数据写到 FIFO 用户需要做以下几步: 1 将 FifoPtrAddr 指针设置成 FifoTxPtrBase 地址 2 将有效载荷字节长度写到 FIFO http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 9.10.2 数据接收流程 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 图 10 展示的是典型 LORA 在单个接收模式/连续模式的工作流程: 接收初始化 单个接收模式 接收超时 等待中断 接收完成 自动转为待机模式 自动转为待机模式 是 载荷校验中断? (载荷有误?) 否 读取接收数据 多个接收模式 接收超时 等待中断 接收完成 是 载荷校验中断? (载荷有误?) 否 读接收数据 其它模式请求 图 9.10.2 接收流程 LORA 接收模式工作在两种不同的模式 1. 单个接收模式 2. 连续接收模式 单个接收模式 在这种模式下,调制解调器会在一个给定的时间窗口检测数据包的序文,如果在最后一 个时间窗口都没有找到一个序文,那么芯片本身就会产生一个 RxTimenout 中断然后回 到待机模式。窗口的大小(符号数)是由寄存器 RegSymbTimeout 设定的,且范围是 4 (调制解调器锁住序文的最小时间)到 1023 个符号。默认值是 5.在这个窗口上要是没有 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 序文被检测到。会产生 RxTimeout 中断,然后设备就会回到待机模式 如果 CRC 校验无效,则在接收完有效载荷的时候会同时产生一个 RxDone 中断和 PayloadCrcError 中断,然而,尽管 CRC 是无效的接收到的数据还是会被写入到 FIFO 以 便后续的处理。继 RxDone 中断后设备又会重新进入待机模式 RxDone 中断和 RxTimeout 中断产生后,调制解调器自动进入待机模式,因此,这种模 式下,时间窗口接收到的包是已知的,其他情况都是用于连续接收模式 工作在单个接收模式下,当数据包一旦被接收后,通过关掉 锁相环,RF 模块可以达到 低功耗的效果,这个流程如下: 1 将 FifoAddrPtr 指针指向 FifoRxBaseAddr. 2 静态配置寄存器可以在休眠模式、待机模式和 FSRX 模式下进行配置 3 通过选择 RXSINGLE 工作模式来进行单个数据包的接收 4 接收器会等待直到有一个有效的序文,一旦开始接收,接收链的增益会被启动, 在接收到有效的序文后(这个序文有效性是在显性模式下由 ValidHeader 中断表明) 数 据包接收过程就开始了。一旦数据接收过程完成,RxDone 中断位会置位。无线设备就 会自动进入待机模式以减少功耗 5 接收器的状态寄存器 PayloadCrcError 用于核实数据包有效载荷的完整性 6 当有效的数据包接收完后,FIFO 中的数据会被读出(数据会被提取出来),随后的 单个数据包的接收被触发时候,RXSINGLE 模式就会重新被选择以启动接收数据过程, 注意这时需要重新设置 SPI 指针(FifoAddPtr)成内存的基址(FifoRxBaseAddr). 连续接收模式 在连续接收模式下,调制解调器会一直扫描信道而获取一个有效的序文数据包,调制解 调器会一直检测和追踪信道上的序文,直到有效数据包被接收,然后继续等待下一个序 文 如果序文长度超过了寄存器 RegPreambleMsb 和 RegPreambleLsb 中设置的预期值,那 么这个序文数据包就会被抛弃,然后重新开始序文的搜索,然而,这种情况不会产生中 断标志位。与单个接收模式不同,连续接收模式下,当产生超时中断时,设备不会进入 待机模式。这样的话,用户需要简单的清除下中断标志位,当设备继续在等待下一个有 效序文时。 这里需要注意,解调的字节数据需要按顺序写入到数据缓冲器的内存中,也就是说,一 个新的数据包的第一个字节要在它之前的数据包的最后一个字节后面写入。接收模式一 直使能的话,地址指针就永远不会重置。因此,需要协处理器通过操作地址指针来确保 FIFO 数据缓冲永远不会满 在连续接收模式下,数据包处理顺序如下: 1 在休眠或待机模式下选择 RXCONT 模式 2 根据收到的一个有效的 CRC 报头,RxDone 中断标志位被置位。无线设备会保持工作 在 RXCONT 模式,等待下一个 LORA 数据包 3 PayloadCrcError 标志位用于核实收到的数据包的完整性 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 4 如果数据包被正确的接收,FIFO 数据缓冲区里的数据就会被读取 5 接收过程(第 2 步到第 4 步)会被重复执行,或是当工作模式改变了而跳出这些步骤 在连续模式下的状态信息仅适用于收到的最新一个数据包,例如,对应寄存器在下一个 RxDone 中断标志来之前就要被读出。 有效载荷数据从 FIFO 的提取 当 ValidHeader, PayloadCrcError, RxDone 和 RxTimeout 这几个中断在状态寄存器中能过 正确的置位或不置位,即数据的接收结束了,用户才能从 FIFO 中提取接收到的数据 当有错误时,往下的步骤(上述 5 个步骤)会被跳过,数据包也会被抛弃。用户为了能 从 FIFO 提取出有效的数据必须做以下几步: 1 RegRxNbBytes 表明了迄今为止收到的数据的字节数 2 将 RegFifoAddrPtr 设置成 RegFifoRxCurrentAddr。这个设置是将 FIFO 指针指向最 新一个收到 的数据包在 FIFO 的位置。有效载荷可以通过读取寄存器 RegFifo 读取出 来,读出的次数在 RegRxNbBytes 寄存器中有给出。 3 RegFifoAddrPtr 是一个精准指向 LORA 接收到的数据将要在在 FIFO 中写入的位置 4 或者另一种情况,从最新的一个数据包开始时通过手动设置 RegFifoAddrPtr 成 RegFifoRxByteAddr 减去 RegRxNbBytes 的值,使指针指向最新一个包的位置。这样有效 载荷的字节数可以通过读 RegFifo 地址 RegRxNbBytes 次得出 基于序文的包过滤 LORA 调质解调器可以根据任何地址来过滤掉接收到的数据包,然而,SX1276/77/78 允 许软件根据有效负载的头几个字节的内容进行过滤。下面是一个四个字节地址的例子。 地址的长度也可以由设计者来决定。 数据包过滤的目的是为了确定一个对于接收器有效的数据包是否存在,如果这个数据包 不是要发给这个接收器的,那么无线接收设备就会进入休眠模式以增加电池使用时间。 软件数据包过滤过程有一下几个步骤: 每次收到 RxDone 中断时候,将 RegFifoRxByteAddr[7:0]寄存器中的内容锁存到一个变 量里,这个变量的名字叫做 start_address。 SX1276/77/78 的 RegFifoRxByteAddr[7:0]寄 存器实时的给出通过 LORA 调制接收器接收的最新一个写入数据缓冲区的地址+1 的地 址(即下一个写入缓冲区字节地址) 根据收到的 ValidHeader 中断,开始对寄存器 RegFifoRxByteAddr[7:0]进行轮询直到 它开始递增,递增的速度取决扩散因子,错误校正码,调制带宽(在隐性模式下这个中 断也会产生) 只要 RegFifoRxByteAddr[7:0]大于等于开始地址+4,这头四个字节的数据就会存入 FIFO 数据缓冲区。这些数据可以被读出和测试。通过检测这四个字节的内容可以知道收 到的这个数据包是否是送往这个接收器,如果是会接续接收剩下的数据,如果不是会进 入休眠状态。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 接收超时 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 在单个接收和连续接收模式下,都有接收超时功能。接收超时功能是使接收器在产生一 个表明有无有效数据包被接收的中断请求前,对预先知道时间的符号周期进行侦听,在 这两种模式下,超时用的定时器是专用的,只要设备一进入这两种模式,定时器就会启 动。RxTimeout 中断会在中断寄存器 ReglrgFlags 中找到。在单个接收模式下,当这个中 断产生时,设备就会进入待机状态,在又回到单个接收模式前,需要清除该中断。在连 续接收模式下,该中断也会产生,但该设备扔处在接收连续模式。因此协处理器要负责 清除中断,此时设备仍处于连续接收模式。程控的接收超时时间与符号周期的乘积如下: TimeOut = LoraRxTimeout *Ts 10 CAD(channel activity detection) 扩频技术的使用不能解决信道是否被其他 lora 信号占用的问题,RSSI 也无法解决这 个问题,为此,CAD 就是用于解决检测信道是是否有其他 LORA 信号问题工作模式。 图 10.1 是信道活跃性检测过程: http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 其它模式请求 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 待机模式 初始化 CAD 启动 CAD 模式 等待 CadDone 中断 转待机模式 CAD 检测中断 接收初始化 单个接收模式 多个接收模式 等待中断 接收超时 自动转为待机模式 接收完成 自动转为待机模式 载荷校验中断? (载荷有误?) 是 否 读取接收数据 接收超时 等待中断 接收完成 是 载荷校验中断? (载荷有误?) 否 读接收数据 其它模式请求 图 10.1 LoRa 模式下 CAD 工作流程 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 工作原理: 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd CAD 工作模式实现最有效的功耗效率下检测一个在无线传输信道 lORA 序文,一旦工作 模式设置为 CAD,SX1276 就会快速的扫描带上的 LORA 包 在运行 CAD 模式运行期间: ◇ PLL 锁相环开启 ◇ 无线接收器从信道上获取 LORA 序文的符号数据,在这个阶段无线通信的功耗与接 收模式的功耗一样 ◇ 无线接收器和 PLL 关掉,然后调制解调器开始数字加工 ◇ 调制解调器搜索信道采样来的信号与典范的序文波形之间相关性,这种匹配处理比信 号周期运行时的时间要小一点,而在这个阶段功耗上减小很多 一旦上述的匹配计算完成,调制解调器就会产生一个 CADDone 中断,如果这种相关 性匹配成功,就会同时产生 CadDetected 中断 ◇ 芯片回到待机模式 ◇ 如果一个序文被检测到了,清除中断,设置无线设备为单个接收模式或连续接收模式 模式来接收数据. 信道活跃检测所花费的时间取决于 LORA 调制的设置。下表给出每个配置对应的正常检 测时间,这里展示的是多重信号周期的大小;在这个周期内,无线设备处在接收模式, 时间大小为((2SF+ 32) / BW )s,在剩余的 CAD 循环检测中功耗处于一个较小的状态 为了解释整个过程和各个时期的功耗,下面给出了 CAD 检测过程各事件发生的顺序: http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 接收器会在 CAD 检测进行过半时进入完全的接收模式,在往下是功率消耗减少的处理 阶段,其功率消耗在不同的 LORA 带宽下也随之不同。如下表。 带宽 (kHz) 7.8-41.7 62.5 125 250 500 完全接收模式,IDDR_L (mA) 11 11 11.5 12.4 13.8 处理过程,IDDC_L (mA) 5.2 5.6 6 6.8 8.3 LoRa CAD 功率消耗值 注意:当工作在带2和带3(低频带)时功耗会更小。 11 数字 IO 管脚映射 在 LORA 模式下有 6 个通用 IO 管脚,下表给出了这六个 IO 管脚的详细信息(跟寄 存器 RegDioMapping1 和寄存器 RegDioMapping2 的配置有很大关系) 工作 模式 ALL DIOx Mapping 00 01 10 11 DIO5 DIO4 DIO3 DIO2 ModeReady ClkOut ClkOut - CadDetected PllLock PllLock - cadDone ValidHeader PayloadCrcError - FhssChangeChannel FhssChangeChannel FhssChangeChannel - DIO1 DIO0 RxTimeout FhssChangeChannel CadDetected - RxDone TxDone CadDone - 调制状态指示器 LORA 的调制解调器的状态可以在寄存器 RegModemStat 中的 ModemStatus 位读 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 到,这些状态信息用与接收模式时的调试,下面是几个有用的状态位: ◇ bit0:Signal Detected 表明有有效的数据包被检测到 ◇ bit1:Signal Synchronized 表明序文的最后一部分被检测到,调制解调器会锁住这个信 号 ◇ bit3:Header Info Valid 有效报头被检测到该位变为高电平 12 频率误差指示器(Frequency Error Indicator) 频率误差指示器检用来测量编程好的 RF 中心频率与要送到接收器的经过调制的输入信 号的载波频率之间的频率误差。当 FEI(频率误差指示器)执行后,进行频率误差的测 量以及将测量结果以 2 进制补码格式加载到 FeiValuein RegFe,进行 FEI 评估所需要的时 间为 4 个位的周期。 为确保 FEI 的正确操作: 1 这个测量必须是在接收序文的时候开启 2 频率偏移量的总和与 20 dB 的信号的带宽必须比基带滤波器的带宽低,即整个调制频 谱必须保证都被接收 20 分贝带宽的信号可以进行如下评估: 频率的误差以 Hz 为单位,可以用下面的计算公式: 在过渡到接收模式时,FEI 会自动开启,并每 4 位自动更新一下 4.2.3.5. AFC(automatic frequency correction)自动频率校正 AFC 是基于 FEI,所以在相同的输入信号和相同接收器设置情况下同样适用。当 AFC 执 行时,从定义芯片频率的寄存器(FRF)中直接减去 AfcValue。如果 AfcAutoOn= 1,那 么每次接收器被激活就会执行 AFC。 当 AFC 启用(AfcAutoOn= 1)时,用户可以有以下选择: 1 如果 AfcAutoClearOn= 1,清除之前 AFC 的校正值。允许使用初始化的中心频率进行 下一次的频率校正 2 从先前修正的频率开始 AFC 评估,在中心频率有积累漂移(参考晶振的老化)的系统 中是很有用的。 在 AFC 过程中,SX1276/77/78 芯片提供了另外一种接收器带宽设置允许了更大的频率 误差的调节。通过设置 RegAfcBw 设置接收带宽 。在一些典型的接收应用中,一旦 AFC 运行,设备就会恢复到接收状态和相应的信道带宽(为下一次通信做准备)。 注意:FEI 测量只有在接收序文时候才有效。 PreambleDetect 标志的规定可以用来检测 这 种 状 态 并 允 许 可 靠 的 AFC 或 FEI 操 作 被 触 发 。 这 个 过 程 可 以 通 过 设 置 寄 存 器 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd RegRxConfig 中的 StartDemodOnPreamble 中适当的选项而自动执行。 关于接收器设置使能 AFC 详细的说明请详见“sx1276_ag.pdf”4.2.6 节; 13 序文检测器 序文检测器表明了载波调制的 0101...序列的接收。它对频率偏移不敏感,只要接收 器 带 宽 够 大 。 检 测 长 度 从 1 到 3 字 节 , 该 长 度 在 寄 存 器 RegPreambleDetect 中 PreambleDetectorSize(5-6 位)有定义,下表是详细说明 PreambleDetectorSize 00 01 10 11 字节数 1 2 3 保留 对于正常操作,PreambleDetectTol 应设置为 10(0X0A),使其具有有效序文长度(两 个字节)。 假设 PreambleDetectorOn=1,PreambleDetect 中断会在每次检测到一个有效的序文时 变为高电平,无论是在 ReglrqFlags1 或是映射到一个特定的 DIO 序文检测器同样也可以做为一个闸门用,以确保 AFC 和 AGC(automatic gain control) 在有效的序文上执行。有关详细信息详见“sx1276_ag.pdf”第 4.2.6 节 14 镜像抑制混频器 GB1278-H 无线模块使用的是未经校准的 35dB 镜像抑制混频器。有一个低相位噪声 PLL 用于校准接收链上的信号。它镜像抑制增加 48dB 15 镜像和 RSSI 校准 一个用于自动校准 I 和 Q 接收路径的相位和增益。这个校准能过增强镜像频率抑制 和改善 RSSI 精度。这个校准会在以下情况启动: 1 芯片的上电自动复位或是手动复位后。在实际应用当中,只要温度保持稳定或是镜像 抑制不是主要事项,这样一个简单的校准就足够了 2 当一个预先定义的温度变化被侦测到时会自动启动 3 当 设 备 处 于待 机模式 时, 用户 可以根 据需 要通 过设置 寄存 器 RegImageCal 中的 ImageCalStart 位来满足需求。注意:在 LORA 模式下,校准命令是不可行的。 要进行 校准,无线设备需要暂时进入 FSK/ASK 模式进行校准处理。 如果温度监控已开启(TempMonitorOff=0),一个可选的温度变化(设置 TempThreshold (5,10,15 或 20℃))会被检测并记录在 TempChange 中。 如果 AutoImageCalOn=0,该中断标志可以在一个应用程序中在方便的时候开启一个镜像 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 校准。或是当 AutoImageCalOn=1 时检测到温度变化,然后马上开启镜像校验。 这个校准过程大概会花费 10ms。 SX1276/77/78 有一个能够自动关闭接收器的超时功能,这样便可以节能 1 在切换到接收模式后,如果 Rssiflag 中断在(RssiValue>RssiThreshold)这个时间范围内 没有产生,Timeoutinterrupt 超时中断会在 TimeoutRxRssi*16*Tbit 后产生。 2 在切换到接收模式后,如果 PreambleDetectflag 中断在这个时间范围内没有产生,超时 中断 Timeoutinterrupt 就会在 TimeoutRxPreamble *16*Tbit 后产生。 3 在切换到接收模式后,如果 PreambleDetectflag 中断在这个时间范围内没有产生,超时 中断 Timeoutinterrupt 就会在 TimeoutSignalSync*16*Tbit 后产生。 这个超时中断能够警示协处理器关闭接收器,并返回低功耗模式。为了能够主动进行, 这些超时中断必须通过寄存器中设置正确的 RxTrigge 参数来使能。 接收器触发事件 None Rssi Interrupt PreambleDetect Rssi Interrupt& PreambleDetect RxTrigger (2:0) 000 001 110 111 Rssi 超时 关 主动 关 主动 序文超时 关 关 主动 主动 同步地址超时 主动 16 启动时间 在刚开始时,接收器和发送器的启动时间取决于收发器的处于的工作模式。图 17 给出了一个完整的从“休眠”启动的过程。 TS_OSC 是晶振振荡器的启动时间,它的大小取决于晶振电气特性。TS_FS 是 Pll 的启动 时间,包括了压控振荡器的系统校正时间。典型的 TS_OSC 值和 TS_FS 见下表: http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 符号 FR FXOSC TS_OSC TS_FS 描述 频率合成范围 可编程 晶体振荡器频率 晶体振荡器唤醒时间 频率合成器唤醒时间到 PLL 启 动时间 条件 Band1 Band2 Band3 从待机模式 Min Typ 137 - 410 - 862 - - 32 - 250 - 60 Max 175 525 1020 - - - Unit MHz MHz us us 16.1 发射启动时间 发送器启动时间 TS_TR 的计算(在 FSK 模式下)如下: 这里 PaRamp 是在寄存器 RegPaRamp 下可编程的斜坡上升时间,Tbit 是比特时间 在 OOK 模式下,该方程可以简化如下: 16.2 接收器启动时间 启动的时候,接收器启动时间 TS_RE 只取决于接收器有效带宽。当 AFC 启动 (AfcAutoOn= 1),用 AfcBw 来代替 RxBw 以获取该接收器的启动时间。 AfcAutoOn=0 为 RXBw AfcAutoOn=1 为 RxBwAfc 2.6 kHz 3.1kHz 3.9kHz 5.2kHz 6.3kHz 7.8kHz 10.4kHz 12.5kHz 15.6kHz 20.8kHz 25.0kHz 31.3kHz 41.7kHz 50.0kHz 62.5kHz 83.3kHz 100.0kHz TS_RE (+/-%5) 2.33 ms 1.94 ms 1.56 ms 1.18 ms 984 us 791 us 601 us 504 us 407 us 313 us 264 us 215 us 169 us 144 us 119 us 97 us 84 us http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 125.0kHz 166.7kHz 200.0kHz 250.0kHz 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 71 us 85us 74us 63 接收器启动时间 经过启动时间 TS_RE 后或是将设备设置成接收模式后,每个传进来的数据包都会被收发 器检测和解调。 16.3 TX 到 RX 切换时间 注意:对于其他的读写周期(高达 10MHz 的 SPI 时钟),它们通常是非常小的,所以 SPI 指令时间会被忽略掉。 16.4 RX 到 TX 转变时间 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 16.5 RX 到 RX 切换时间 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 第二种方法是更快的,如果需要实现一个速度非常快的 RF 嗅探机制,应该使用第二种。 16.6 TX 到 TX 切换时间 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 17 发射器描述 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd SX1276 发射器包含了频率合成器,调制器(LoRa 和 FSK/OOK 调制),功率放大模块和 DC 偏置和斜坡功能。这些功能是通过 VR_PA 模块提供。 17.1 框架描述(Architecture Description) RF 发射器前端的结构如下: 射频前端框架 17.2 RF 功率放大器(RF Power Amplifiers) PA_HF 和我 PA_LF 是高效率的功率放大器,在低功耗工作状态下能够将以 1dB 为步进 范围为-4dB 到 14dB 的可编程射频功率直接转换为 50 欧姆的负载 PA_LF 覆盖的是低频带(最多高达 525MHz),而 PA_HF 覆盖的更高频带(至少 860MHz)。 输出的功率取决于工作时候的提供电压。一般其工作电压为 3.3V PA_HP(高功率)连接在 PA_BOOST 管脚上,覆盖了所有芯片所能寻址到的频带。能够 持续放大高达+17dBm 的信号和和连续(周期性循环)的放大高达+20dBm 的信号,关 于工作在+20dBm 的完整细节请详见 17.3 节 功率放大器模式选择真值表: PaSelect 模式 0 PA_HF or PA_LF on RFO_HF or RFO_LF 功率范围 -4 to +15dBm Pout 公式 Pout=Pmax-(15-OutputPowe r) Pmax=10.8+0.6*MaxPower [dBm] http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 1 PA_HP on PA_BOOST, any frequency +2 to +17dBm Pout=17-(15-OutputPower) [dBm] 17.3 +20dBm 高功率增益( High Power +20 dBm Operation ) SX1276 具有一个+20dBm 的高功率增益能力,以下是相关的设置: 寄存器 地址 RegPaDac 0x4D 高功率值 默认值 PA_HF/LF or +17dBm 0x87 0X84 描述 设置 Pmax 为+20dBm ( 用于 PA_HP) 注意:-当使用 PA_LF 和 PA_HF 时,大功率放大相关设置需要关闭 -在寄存器 RegOcp 中关于电流过大保护的限制必须适应实际电源水平 适用于+20dBm 运行具体的最大绝对额定值和运行范围限制如下表所示: 符号 DC_20dBm VSWR_20dBm 符号 VDDop_20dB m 描述 Duty Cycle of transmission at +20 dBm output Maximum VSWR at antenna port, +20 dBm output 描述 Supply voltage, +20 dBm output min max unit - 1 % - 3:1 - min max unit - 1 % 17.4 过流保护(Over Current Protection) SX1276 具备一个用于防止在相反负载条件下电流过载的电源保护模块。这样能够改善 电池在有限峰值电流容量的化学特性和在计算电池寿命计算时减小在最坏情况下 PA 的 消耗.电流限制值由寄存器 RegOcp 中的 OcpTrim 位控制,并根据下面公式计算: OcpTrim IMAX OcpTrim IMAX 0 to 15 45 to 120 mA 45 + 5*OcpTrim[mA] 16 to 27 130 to 240 mA -30 + 10*OcpTrim[mA] http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 27+ 240 mA 240 mA 注意:-Imax 在放大器漏电流上有所限制,SX1276 最大漏电流值为 Imax+IFS 18 接收器描述 SX1276 具有一个根据 LNA 混频器进行模数转换的数字接收器,除了实现 RoLa 调制, low-lF 接收器能够解调 ASK,OOK,FSK,MSK 调制的信号。所有的滤波,解调,增益控 制,同步和数据包处理都是数字化地进行,并且能够支持很大程度的编程灵活性。这样 能够提高 RSSI 准确性和提高镜像抑制 18.1 接收器使能和接收器活跃状态 在接收器模式下,有两种功能状态被定义。根据最初过渡到接收模式的状态,使接收器 处于“接收器使能”状态。在这种状态下,接收器会等待一个用户定义的有效序文或是 RSSI 检测标准被满足。一旦满足,接收器就会进入“接收器活跃”状态。在第二种状态 下,接收到的信号由包引擎和顶层定序器处理。 18.2 RSSI(信号强度指示)时间评估 接收器处于准备状态后,第一个 RSSI 样例将在 TS_RSSI 后获得。也就是说,接收 器在 TS_RE + TS_RSS 时间后请求被打开。 TS_RSSI 取决于接收器的带宽和所选择的的 RssiSmoothing 选项,LoRa 调制模式下, 计算公式见下公式: 18.3 信道滤波器 (Channel Filter) 信道滤波器是抑制来自信道外的噪声和干扰。SX1276 通过一个 16-tap 的有限脉冲响应 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 滤波器(FIR)实现信道滤波。这个滤波器的抑制能力足够高,使得在相邻信道的抑制 能力上该滤波器的阻带性能不是主要影响因素。由于本地振荡器的相位噪声使得这种抑 制能力是有限的。 注意:为了能够遵循接收链上采样的标准,用于通信时的比特率不能设置高于两倍的单 边接收器的带宽(BitRate<2*RxBw) 单边信道滤波器带宽 RxBw 由寄存器 RegRxBw 中的 RxBwMant 和 RxBwExp 控制。 在 32MHz 参考晶振下,有以下信道滤波器带宽可以使用: RxBwMant (binary/value) 10b/24 01b/20 00b/16 10b/24 01b/20 00b/16 10b/24 01b/20 00b/16 10b/24 01b/20 00b/16 10b/24 01b/20 00b/16 10b/24 01b/20 00b/16 10b/24 RxBwExp (decimal) 7 7 7 6 6 6 5 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 RxBw (kHz) FSK/OOK 2.6 3.1 3.9 5.2 6.3 7.8 10.4 12.5 15.6 20.8 25.0 31.3 41.7 50.0 62.5 83.3 100.0 125.0 166.7 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 01b/20 00b/16 其他设置 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 1 200.0 1 250 保留 19 模块复位 在 MCU 启动完成后,PIN10-RESET_N 需要拉低 100 微妙,然后释放。等待 5ms 后就可使用模块。 注意:当 PIN10-RESET_N 被拉低时,高达 1mA 的电流消耗可以在电源设备中体现出来。 20 侦听模式 在这种方案下,电路大部分时间都处于空闲模式,在此期间只有 RC 振荡器打开。 接收器会周期性的苏醒和观察进来的信号。如果一个期望的信号被检测到了接收器会保 持接收模式,然后分析数据。否则的话,如果在一个特定的周期内没有想要的信号的话, 接收器会关闭,直到下一个接收周期。 在处于侦听模式期间,接收器大多处于低功耗模式下,这样就处于一个非常低的电 源消耗水平。下表给出这种方案下工作时间的图解: 在接收一个包的时候会产生一个中断,用户可以通过这个中断采取必要的措施。 根据实际应用和环境,有三种方法可以实现侦听模式: 1 产生一个 PreambleDetect 中断被唤醒 2 产生一个 SyncAddress 中断时被唤醒 3 产生一个 PayloadReady 中断时被唤醒 20.1 序文中断唤醒 在一个特定的场景下,接收器周期性的循环检测序文。如果一个有效序文被检测到 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 了。定时器就会关闭,电路就会处于接收模式,直到用户切换模式。否则的话,接收器 会在下一个 RX 周期才会关闭。 20.1.1 时间图解 当没有信号被接收时,接收器会每 Timer1+Timer2 的时间苏醒一次。然后会切换到 接收模式,处在接收模式的这个时间由 Timer2 定义。如下图所示,如果没有序文被检测 到,设备会回到空闲模式。(睡眠模式下 RC 振荡器打开)。 如 果 检 测 到 序 文 , 定 时 器 关 闭 。 根 据 用 户 的 需 要 此 时 管 脚 DIO4 上 会 产 生 PreamableDetect 中断信号。这样用户便可以采取相应的操作。 20.1.2 定序器配置 下图是侦听模式-苏醒状态(序文检测)机制: http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 以下是典型例子的配置: 变量 IdleMode FromStart LowPowerSelection Fromldle FromReceive 作用 1:休眠模式 00:到 LowPowerSelection 1:到 Idle 状态 1:到 Receive 状态(根据 T1 中断) 110:到 Sequencer Off 状态(PreambleDetect 中断) Ttimer2 定义了在没有序文检测到时芯片处于接收模式的最大持续时间。为了节省电源 消耗,Timer2 设置的时间足够检测序文就行。 Ttimer1+Ttimer2 定义了循环周期的大小。即两个序文轮序的开始之间的时间。为了优 化电源功耗水平,Timer1 应该相对的长。然而,增加 Timer1 也会增加包接收的持续时 间。 为了确保包的检测和优化接收器的功耗,接收包序文的时间应该要与 Ttimer1+2*Ttimer2 一样长。 关于 DIO 管脚在这种模式下的配置的例子的描述如下: DlO 真值 描述 0 01 CrcOk 1 00 FifoLevel 3 00 FifoEmpty 4 11 PreambleDetect—注意:MapPreambleDetect 位必须置位 20.2 同步字中断唤醒(Wake on SyncAddress Interrupt) 在其他可能的场景下,定时器会循环的检测序文,检测到有效序文后核对其同步地址信 息。如果事件(核对到有效同步地址信息)发生了,定时器会关掉,在用户没有切换到 其他工作模式时,电路会停留在接收模式。另外,接收器会在下一个接收周期来之前处 于关闭状态。 20.2.1 时间图解 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 当没有接收到想要的信号时,定时器运行的时间会占很大一部分。如下图所示,电路会 周 期 性 的 苏 醒 一 小 段 时 间 ( 这 个 时 间 长 短 由 RxTimeout 定 义 )。 电 路 在 接 下 来 Time1+timer2 时间里处于一种低功耗状态。 如果是在 RxTimeout 结束前有检测到一个序文,电路会进入接收模式,然后等待一个有 效的同步地址检测信息。如果在 timer2 结束前没有检测到有效的同步地址信息,接收模 式会被关掉,然后重新进行轮询步骤,无需用户干预。 但是如果是检测到了有效的同步地址信息,一个 SyncAddress 中断信号会产生,定时器 会关闭,电路进入接收模式,只要用户没有切换工作模式,它就会一直处在接收模式。 20.2.2 定序器配置 下图是基于同步地址信息唤醒的侦听模式的工作机制: http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 侦听模式下同步地址信息的设置: ldleMode FromStart LowPowerSelection Fromldle FromReceive FromRxTimeout 变量 作用 1:休眠模式 00:到 LowPowerSeletion 1:到 ldle 状态 1:到 Receive 状态(根据 T1 中断) 101:到 Sequencer off 状态(SyncAddress 中断) 10:到 LowPowerSelection TtimeoutRxPreamble 设置的长度必须足够长使其能有抓取序文的时间。 Ttimer1 需要设置成 64us(最小持续时间) Ttimer2 设置成的长度是 Timer1+Timer2 的值等于两个接收模式之间间隔的时间。 为了能过保证包的检测和优化接收器电源消耗,接收到的包序文时间必须设置成使 Tpreamble=Ttimer2-TsyncAddress=(SyncSize+1)*8/比特率 下面是工作在这种模式下各个 DIO 管脚配置情况的描述: DlO 真值 描述 0 01 CrcOk 1 00 FifoLevel 2 11 SynAddress 3 00 FifoEmpty 4 11 PreambleDetect—注意:MapPreambleDetect 位必须置位 20.3 顶层定时器:Beacon(信标)模式 在这种模式下,一个重复的信息被周期性的发送。如果待发送有效载荷是一样的,且有 效长度小于 FIFO 的大小,定时器的寄存器 RegPacketConfig2 下的 BeaconOn 位的使用能 获取周期性的信标,而无需用户干预。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 在这种模式下,无线设备会每 Ttimer1+Ttimer2 时间进入接收模式,然后在 PacketSent 中断后进入空闲模式,如下图所示。定时器会确保最小的接收模式停留时间这样功耗就 会得到优化。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 21 LoRa 运行参数计算工具 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 请安装“SX1272LoRaCalculatorSetup.exe”,运行程序 “LoRa Calculator” 显示如下界面:详细使用请参考“LoraDesignGuide.pdf”,“LoraLowEnergyDesign.pdf” http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 22 LoRa SX12xxDrivers API 2.0 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd GB1278 无线模块驱动由 7 部分组成: 文件名 描述 SX1276.c 驱动程序 API 接口(通常无需修改) SX1276-Fsk.c FSK 调制驱动(通常只需修改射频工作参数) SX1276-FskMisc.c FSK 调制驱动(通常无需修改) SX1276-LoRa.c LoRa 调制驱动(通常只需修改射频工作参数) SX1276-LoRaMisc.c LoRa 调制驱动(通常无需修改) SX1276-Hal.c 驱动程序硬件接口(根据 MCU 型号调通 SPI 接口和普通 IO 口) radio.h FSK or LoRa 运行参数接口(修改工作模式) 1、打开 radio.h 定义相应宏定义: - For FSK modem #define LORA 0 - For LoRa modem #define LORA 1 2、如果 GB1278 无线模块工作于 FSK 模式,打开 SX1276-Fsk.c,修改以下内容: tFskSettings FskSettings = { 870000000, // RFFrequency 9600, // Bitrate 50000, // Fdev 20, // Power 100000, // RxBw 150000, // RxBwAfc true, // CrcOn true, // AfcOn 255 // PayloadLength (set payload size to the maximum for // variable mode, else set the exact payload length) }; 其他参数请修改:SX1276-Fsk.c 文件中 SX1272FskInit 函数内容; http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 3、如果 GB1278 无线模块工作于 LoRa 模式,打开 SX1276-LoRa.c tLoRaSettings LoRaSettings = { 870000000, // RFFrequency 20, // Power 8, // SignalBw [0: 7.8 kHz, 1: 10.4 kHz, 2: 15.6 kHz, 3: 20.8 kHz, 4: 31.2 kHz, // 5: 41.6 kHz, 6: 62.5 kHz, 7: 125 kHz, 8: 250 kHz, 9: 500 kHz, other: Reserved] 7, // SpreadingFactor [6: 64, 7: 128, 8: 256, 9: 512, // 10: 1024, 11: 2048, 12: 4096 chips] 2, // ErrorCoding [1: 4/5, 2: 4/6, 3: 4/7, 4: 4/8] true, // CrcOn false, // ImplicitHeaderOn 1, // RxSingleOn 0, // FreqHopOn 4, // HopPeriod 100, // TxPacketTimeout 100, // RxPacketTimeout 4 // PayloadLength }; 4、硬件接口部分驱动请修改 SX1272-Hal.c 文件; 本驱动已经过测试 (up to 100kbps in FSK) ,有效负载(up to 255 bytes in FSK or LoRa) 有效负载请修改 BUFFER_SIZE 宏定义: #define BUFFER_SIZE 128 // Define the payload // The payload length can be configured from 1 up to 255 5、LoRa 模式下相关 API 1. void SX1276_LoRaClearIrq(void) 清除所有的中断标志位; 2. u8 SX1276_LoRaRxWaitStable(void) 查询 RX 状态,将保存 RX 状态的寄存器内容通过形参返回; 3. void SX1276_EntryLoRa(void) 使电路工作在 LoRa 模式; 4. void SX1276_Standby(void) 使电路进入待机模式; http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 5. void SX1276_Sleep(void) 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 使电路进入休眠模式; 6. void SX1276_Config(u8 mode) 该函数完成接收和发送的一些基本参数的设置,如晶振设置,电路工作模式,载波 频率设置; 7. void SX1276_LoRaEntryRx(void) 调用该函数会完成一些基本配置(晶振设置,板子的工作模式,载波频率设置还有一些 基本的接收参数的设置),使进入电路接收状态,调用完后等待接收完成 Flg_RxFinish 中断; 8. void SX1276_LoRaRxPacket(void) 将接收到的数据从 FIFO 中读出,并清除相应的中断标志位; 9. void SX1276_LoRaEntryTx(void) 调用该函数会完成一些基本配置(晶振设置,板子的工作模式,载波频率设置还有 一些基本的发送参数的设置),使电路进入准备发送的状态; 10. void SX1276_LoRaTxPacket(void) 将要发送的数据写入到 FIFO 中,并开启发送模式,使电路进入发送状态,然后等 待发送完毕 TxDone 中断产生; 11. void SW_Swith_TX() 切换工作状态,使收发器切换到发送状态; 12. void SW_Swith_RX() 切换工作状态,使收发器切换到发接收状态; 13. void Sx1276M_GpioInt() 通用 IO 管脚的一些配置; 14. void RF_IRQ_DS() 关中断; 15. void RF_IRQ_EN() 开中断; 23 注意事项 ◇ 供电必须要求电压范围之内,否则容易烧坏模块。 ◇ 本模块不防水、防雷,还请做好防水防雷工作。 ◇ 电源正负不要反接,否则会烧坏模块。 ◇ 模块安装环境尽量防静电干扰,您搭配的天线部分最好不要与金属物体接触。 http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn 厦门市岗本电子科技有限公司 GBAN(XiaMen) Electronic Technology Co.,Ltd 附录 1 开发板原理图 ** GB1278(V1.5)更新时间-2014.03.17 ** http://www.gban.cn http://taobao.gban.cn

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