RAK5167 WisLink EU868 RU864 IN865 LPWAN 8-канальный концентратор с GPS в формате M.2 2280 PCIe

Новый RAK5167 — модуль концентратора LPWAN на базе Semtech SX1303 и SX126X с функцией Listen Before Talk, спроектированный в форм-факторе PCI Express M.2 2280, обладающий двумя идентификатоционными ключами Key-B и Key-M.  Современный дизайн модуля RAK5167 способствует легкой интеграции в существующие роутеры или другое сетевое оборудование с возможностями маршрутизации LPWAN. Он может быть использован  с любой встроенной платформой, располагающей свободным слотом PCIe M.2 с USB-подключением. В добавок, на борту RAK5167 имеется встроенный чип GPS ZOE-M8Q.

Сетевой шлюз RAK5167 представляет из себя исключительное, полное и экономичное решение, предоставляющее до 10 программируемых параллельных каналов демодуляции, 8х 8-канальных детекторов пакетов LoRa, 8х демодуляторов LoRa SF5-SF12 и 8х демодуляторов LoRa SF5-SF10. Он способен обнаруживать непрерывную комбинацию пакетов с 8 различными коэффициентами расширения спектра и 10 каналами с неразрывной демодуляцией до 16 пакетов. Является лучшим продуктом для фиксированных сетей умного учёта и приложений Интернета-вещей (IoT).

Ключевые особенности

• Дизайн основан на форм-факторе PCI Express M.2 Type 2280 c двумя ID-ключами Key-B и Key-M
• SX1303 радиочастотный процессор, эмулирующий 8х 8-канальных детекторов пакетов LoRa
• 8 х SF5-SF13 LoRa-демодуляторов
• 8 х SF5-SF10 LoRa-демодуляторов
• Высокоскоростной 125/250/500кГц LoRa-демодулятор
• (G)FSK демодуляция
• 3.3В PCI Express M.2
• Соместимость с модулями 2280 Key-B Key-M WWAN PCIe
• Мощность передатчика до 27 дБм
• Чувствительность приёмника до -139 дБм @ SF12 с пропускной полосой 125кГц
• Поддержка глобальных безличензионных частотных диапазонов EU868, IN865, RU864
• Поддержка USB интерфейса
• Функция предварительного прослушивания эфира перед трансляцией Listen Before Talk
• Функция точной временнóй отметки Fine Timestamp
• Встроенный GPS-модуль ZOE-M8Q

Технические характеристики

• Питание: 3.0 ~ 3.6В (типовое 3.3В)
• Напряжение логики: -0.3В ~ 3.6В
• Модель и версия: RAK5167-210 ver.A USB+GPS+LBT (SKU: 515029)
• Энергопотребление
  • Приём сигнала Rx (Tx отключен): 70-101мА
  • Передача сигнала Tx (мощность Tx 27дБм, питание 3.3В): 511-513мА
• Соединительный коннектор: M.2 (Key B + Key M) 
• Интерфейсы: UART, I2C, USB, PPS
• Интерфейс антенны: 2 разъёма MHF4 iPEX для антенн LoRa и GPS
• КНСВ антенны, макс.: 10:1
• Размеры: 80 х 22 (±0.2мм)
• Рабочая температура: -40°C ~ +85°C
• Вес: г

Комплектация

• 1х RAK5167 концентратор LPWAN
• 1x MHF LoRa антенна
• 1х MHF GPS антенна

Внешний вид платы LPWAN-концентратора RAK5167

Компактность базовой станции RAK5167 LPWAN предусматривает возможность интеграции модуля даже в такие системы, для которых характеристики веса и величина размеров являются основными. Дизайн RAK5167 разработан с учётом форм-фактора PCI Express M.2 Type 2280, поэтому он легко может быть частью продуктов и совместим со стандартами, позволяющих использование карт толщиной не менее 3.7 мм. Плата имеет два коннектора MHF4 I\iPEX для внешней антенны LoRa и GNSS, и типовой 75-контактный торцевой разъём M.2 с двумя метками Key-B и Key-M.

Блок-схема устройства

RAK5167 укомплектован одним чипом SX1303 и двумя SX1250. Главный чип работает с радиочастотным сигналом и одновременно является ядром устройства. Другими двумя чипами реализованы модемы LoRa и функционал обработки данных. Встроенная дополнительная схема преобразования сигналов обеспечивает совместимость со стандартом PCI Express M.2. Доступны два коннектора UFL для интеграции внешних антенн.

Источник питания

Концентратор RAK5167 должен запитываться от источника постоянного тока через контакты 3.3Vaux. Напряжение должно быть стабильным, поскольку потребляемый ток может значительно меняться во время работы, в зависимости от профиля энергопотребления микросхемы SX1303.

Интерфейс USB

В торцевом коннекторе модуля RAK5166 разведены 2 линии универсального последовательного интерфейса USB (USB_D+ и USB_D-), который предоставляет доступ к конфигурационным регистрам SX1303 через ЦПУ STM32L412KBU6. Определён только режим "ведомого" (Slave).

Интерфейсы UART и I2C

В базовую станцию RAK5166 LPWAN включена микросхема ZOE-M8Q GPS с последовательными интерфейсами UART и I2C, предоставляющими прямой доступ к GPS-модулю, и также выведены на торцевой коннектор PCIe M.2.

GPS_PPS

Шлюз RAK5167 использует вход сигнала GPS_PPS для функций временнóй отметки принятых пакетов и Fine Timestamp. Сигнал PPS не только связан внутренне с чипом SX1303, но и выведен на торцевой коннектор PCIe M.2.

Сброс устройства, RESET

Вход активного низкоуровневого сигнала Reset на карте RAK5167 применяется для сброса основного ЦПУ STM32L412KBU6. Согласно определению из спецификации SX1303, сброс радиочастотных операций SX1303 контролируется основным ЦПУ.

Антенный РЧ интерфейс

На модуле установлено два РЧ-интерфейса в виде коннекторов MHF4 iPEX с характеристикой импеданса 50 Ом. Первый РЧ-порт поддерживает эфирную передачу (Tx) и приём (Rx) сигнала LoRa, второй служит антенным интерфейсом для GPS.

Размещение и назначение контактов торцевого коннектора RAK5167 WisLink

Номер вывода	Имя	Тип вывода, описание	Примечание
1	NC (CONFIG_3=GND)	По умолчанию не подключен	Зарезервирован для будущих функций CONFIG_3
2	3.3V	Вход питания. Постоянное напряжение 3.3В
3	GND	Общий ноль
4	3.3V	Вход питания. Постоянное напряжение 3.3В
5	GND	Общий ноль
6	NC	Не подключен
7	USB_D+	Цифровой вход-выход. Плюсовой канал дифференциальных данных USB	Требуется дифференциальный импеданс 90 Ом
8	NC	Не подключен
9	USB_D-	Цифровой вход-выход. Минусовой канал дифференциальных данных USB	Требуется дифференциальный импеданс 90 Ом
10	NC	Не подключен
11	GND	Общий ноль
Ключ Key-B
20	NC	Не подключен
21	NC (CONFIG_0=GND)	По умолчанию не подключен	Зарезервирован для CONFIG_0
22	NC	Не подключен
23	NC	Не подключен
24	NC	Не подключен
25	NC	Не подключен
26	NC	Не подключен
27	GND	Общий ноль
28	NC	Не подключен
29	NC	Не подключен
30	NC (Опционально: MCU_RESET)	По умолчанию не подключен	Зарезервировано для MCU_RESET
31	NC	Не подключен
32	NC	Не подключен
33	GND	Общий ноль
34	NC	Не подключен
35	NC	Не подключен
36	NC	Не подключен
37	NC	Не подключен
38	NC	Не подключен
39	GND	Общий ноль
40	I2C_SCL	Цифровой вход-выход. Линия синхронизации  данных шины I2C	GPS-модуль ZOE-MQ8
41	NC	Не подключен
42	I2C_SDA	Цифровой вход-выход. Канал данных шины I2C	GPS-модуль ZOE-MQ8
43	NC	Не подключен
44	NC	Не подключен
45	GND	Общий ноль
46	GPS+RESET	Цифровой вход. Сброс GPS-модуля ZOE-MQ8	Низкоуровневый активный сигнал. Если не используется, должен оставаться открытым.
47	NC	Не подключен
48	NC (Опционально: 1PPS)	Цифровой вход. Импульс функции временнóй отметки	Зарезервировано для 1PPS
49	NC	Не подключен
50	MCU_RESET	Цифровой вход. Сброс ЦПУ RAK5166	Низкоуровневый активный сигнал.
51	GND	Общий ноль
52	HOST_UART_RX	Цифровой вход. Канал приёма данных шины UART	GPS-модуль ZOE-MQ8. Если не используется, должен оставаться открытым.
53	NC	Не подключен
54	HOST_UART_TX	Цифровой выход. Канал передачи данных шины UART	GPS-модуль ZOE-MQ8. Если не используется, должен оставаться открытым.
55	NC	Не подключен
56	1PPS	Цифровой выход. Импульс функции временнóй отметки
57	GND	Общий ноль
58	NC	Не подключен
Ключ Key-M
67	NC	Не подключен
68	NC	Не подключен
69	NC (CONFIG_1=GND)	По умолчанию не подключен	Зарезервирован для будущих функций CONFIG_1
70	3.3V	Вход питания. Постоянное напряжение 3.3В
71	GND	Общий ноль
72	3.3V	Вход питания. Постоянное напряжение 3.3В
73	GND	Общий ноль
74	3.3V	Вход питания. Постоянное напряжение 3.3В
75	NC (CONFIG_2=GND)	По умолчанию не подключен	Зарезервирован для будущих функций CONFIG_2

Уровень чувствительности

Ширина канала (кГц)	Фактор расширения	Чувствительность (дБм)
125	12	-139
125	7	-125
250	7	-123
500	12	-134
500	7	-120

Физические размеры, мм

Электрическая принципиальная схема торцевого коннектора RAK5167 USB

Модуль концентратора RAK5167 M2 спроектирован RAKwireless для SX1303. Интерфейс USB выведен на торцевой коннектор M.2, он может быть использован главным процессором приложения. Модуль работает от источника постоянного напряжения с характеристиками не менее 3.3В / 1А. На изображении ниже представлена минимальная часть схемы RAK5167.

Документация

1. Спецификация SX1303 Semtech частотный процессор шлюза LoRa (англ., PDF)

Полезные ссылки

1. Улучшенная реализация отслеживания активов с функцией Fine Timestamp LoRa SX1303 (статья, портал разработчиков LoRa)