TRXnnn-70: Neues modernes LoRa-Funkmodul

LoRa und LoRaWAN sind aktuell grosse Schlagwörter in der Funkbranche, da diese Technologien für IoT-Anwendungen entwickelt und optimiert wurden. Damit auch wir unseren Kunden diese moderne LoRa-Funktechnologie anbieten können, haben wir nun mit dem TRXnnn-70 ein eigenes LoRa-Funkmodul entwickelt. Gerne beraten wir Sie und stellen Ihnen einen 433MHz oder 868MHz Evaluationskit für erste Versuche zur Verfügung. In diesem Blog wird aufgezeigt, was es bedeutet ein solches Funkmodul zu entwickeln und welche Vorteile unsere Kunden mit dem Einsatz von diesem LoRa-Funkmodul haben.



Warum entwickeln wir ein LoRa-Funkmodul

Seit 30 Jahren bieten wir unseren Kunden diverse Funklösungen in Form von Funkmodulen und auch als direkt im Leiterplatten-Layout integrierte Schaltungen an. Da sich die Funktechnologie in dieser Zeit ständig weiterentwickelt hat, konnten auch wir unsere Funklösungen ständig verbessern und optimieren. Angefangen mit diskret aufgebauten AM Empfänger- oder Sendestufen bis hin zu neusten modernen GFSK oder LoRa Funk-IC-Lösungen. Jede neue Funktechnologie verspricht wieder eine Verbesserung wie z.B. mehr Reichweite, weniger Stromverbrauch, robuster gegen Funkstörungen oder neue Netzwerkmöglichkeiten. Wie gut die Versprechen der Hersteller dann tatsächlich auch ausserhalb der optimalen Laborbedingungen erreicht werden können, kann meistens nur durch aufwändige Messungen mit spezifischen Funk-Messgeräten sowie zusätzlichen Feldversuchen geklärt werden. Um unseren Kunden diese aufwändige Arbeit zu ersparen, haben wir das TRXnnn-70 LoRa-Funkmodul entwickelt. Das Funkmodul verwendet die aktuell neuste LoRa-Transceiver-Generation von Semtech. Mit einem zusätzlich entwickelten Evaluationskit kann das Funkmodul nun auch sehr einfach direkt vom Kunden am Einsatzort mit verschiedensten Konfigurationen ausgetestet werden.


Welche Vorteile haben die Funkmodule der Schmidiger GmbH

Da wir als KMU an langfristigen Kundenbeziehungen interessiert sind, ist unsere Produktstrategie voll und ganz auf unsere Kunden ausgerichtet. Daher bietet der Einsatz unserer Funkmodule eineige Vorteile gegenüber Modulen anderer Hersteller.

  • Wir können ein Funkmodul genau nach den Anforderungen der Kunden entwickeln und auch kundenspezifische Wünsche erfüllen.
  • Wir können kundenspezifische Modifikationen auch bei kleinen Stückzahlen ermöglichen.
  • Wir können einen langen Produktlebenszyklus von jedem Funkmodul garantieren. Wird ein Modul abgekündigt, bieten wir den betroffenen Kunden eine passende Alternative.
  • Wir können garantieren, dass ein Funkmodul nicht plötzlich abgeändert wird, was eine Neu- oder Weiterentwicklung bei unseren Kunden zur Folge hätte.
  • Wir bieten alles aus einer Hand, von der Entwicklung bis zur Produktion. Daher können wir sehr flexibel auf Wünsche oder Probleme reagieren.
  • Für maximale Funkreichweite bieten wir auch Unterstützung bei der Antennen-Optimierung.
  • Auch nach dem Entwicklungsabschluss bieten wir unseren Kunden weiterhin eine Unterstützung bei allfälligen Problem im Einsatz an.

 

Auswahl des Funk-ICs

Moderne und zahlbare Funklösungen verwenden heute praktisch ausnahmslos integrierte Schaltungen, sogenannte Funk-ICs. Da es heute jedoch viele verschiedene Hersteller gibt, ist die Vielfalt der angebotenen Funk-ICs in den letzten Jahren extrem gestiegen. Nur schon die Evaluation des momentan besten Funk-ICs ist eine grosse Herausforderung, da sich die technischen Angaben der verschiedenen Modelle nur schwierig 1:1 miteinander vergleichen lassen. Um überhaupt bestimmen zu können, welche Funktechnologie und welche technischen Eigenschaften die richtigen für eine Anwendung sind, muss man schon einiges an Funk-Grundkenntnisse mitbringen. Dank unserer langjährigen Erfahrung in der Funktechnologie sind wir fähig, wichtige und weniger wichtige Eigenschaften entsprechende zu werten und so die technologisch aktuell besten Funk-ICs zu evaluieren. Im Bereich der LoRa-Technologie haben wir uns bei unserem Funkmodul daher für die Funk-IC-Serie SX126x von Semtech entschieden.

 

Messungen mit dem Evaluationskit vom Hersteller

Um ein erstes Gefühl für das neu ausgewählte Funk-IC zu erhalten, haben wir im nächsten Schritt erste Messungen mit dem Evaluationskit vom Hersteller durchgeführt. In unserem Beispiel war dies der Evalkit SX1261DVK1BAS für das 868MHz Frequenzband. Mit diesen Messungen liessen sich dann die wichtigsten Angaben aus dem Datenblatt ein erstes Mal überprüfen. Nicht selten stellt man dabei auch fest, dass einige Angaben welche im Datenblatt stehen, nur mit sehr speziellen, für die meisten Anwendungen unbrauchbaren Einstellungen erreicht werden können. Allgemein kann man sagen, dass der Hersteller alle Kniffs und Tricks seines eigenen Funk-ICs bestens kennt und daher mit einem eigenen Funkmodul kaum bessere Werte erreichbar sein werden als mit dem Evaluationskit vom Hersteller. Da es bis heute von Semtech für die Serie SX126x keinen Evaluationskit für das 433MHz Frequenzband gibt, haben wir mit unserem LoRa-Projekt unteranderem auch diese Lücke geschlossen und bieten nun einen 433MHz und 868MHz Evalkit an.

Evaluations-Kit 4

Hardware Entwicklung

Nachdem das Funk-IC definitiv ausgewählt war, musste ein Schema und ein Leiterplatten-Layout für das eigene Funkmodul entwickelt werden. Um am Schluss alle entsprechenden Normen zu erfüllen, mussten neben dem Funk-IC noch zahlreiche weitere Bauteile für die Signalfilterung und die Impedanz-Anpassung eingeplant werden. Auch beim anschliessenden layouten gab es zahlreiche Regeln für Hochfrequenz und auch Funk-IC spezifische Anforderungen zu beachten, um mit dem Modul die maximale Performance zu erreichen. Im Normalfall wird bei einer Modulentwicklung als erstes ein Prototyp erstellt, welcher nach der Inbetriebnahme nochmls überearbeitet und optimiert werden muss. Das LoRa-Funkmodul TRXnnn-70 besitzt keinen eigenen Mikrocontroller und kann über eine SPI-Schnittstelle beliebig konfiguriert und gesteuert werden. So kann das Modul für verschiedenste Anwendungen, unteranderem auch für LoRaWAN , sehr flexibel eingesetzt werden. Das Funkmodul kann bei uns in der 433MHz und 868MHz Version bezogen werden.

 

Software Entwicklung

Für die Inbetriebnahme des Funkmoduls war zwingend ein Software-Treiber nötig, welcher die Funktion des Funk-ICs entsprechend steuert. Dieser Software-Treiber kann entweder direkt vom Funk-IC-Hersteller bezogen und für den eigenen Mikrocontroller entsprechend angepasst oder alternativ gemäss dem Funk-IC-Datenblatt selber entwickelt werden. Besonders bei der Software Implementierung und Inbetriebnahme zeigen sich alle Tücken, Unklarheiten oder Einschränkungen, welche vom Hersteller entweder nirgends erwähnt oder noch gar nicht bemerkt wurden. Oft ist dann auch ein guter Kontakt zum Hersteller hilfreich, um raschmöglich Lösungen für die Probleme zu finden. In unserem Beispiel haben wir einen eigenen Software-Treiber erstellt, welcher für das 433MHz und das 868MHz TRXnnn-70 LoRa-Funkmodul verwendet werden kann. Zusätzlich haben wir eine Software für den eigenen Evalkit4 entwickelt, damit wir selber und auch unsere Kunden auf einfachste Art und Weise das Funkmodul mit unterschiedlichsten Konfigurationen austesten können.


Inbetriebnahme und Normmessungen

Nun folgten die alles entscheidenden Messungen bei der Inbetriebnahme. Mit dem Funkmodul, dem Evalkit4 und dem entsprechenden Software-Treiber konnten alle Performancemessungen durchgeführt und mit den Angaben im Datenblatt verglichen werden. Zusätzlich mussten auch zahlreiche Normmessungen durchgeführt werden, um zu prüfen ob alle Grenzwerte der aktuell gültigen Funknormen eingehalten werden. Oft müssen in diesem Schritt die Filterstufen und auch die Impedanz-Anpassungen nochmals leicht justiert werden, damit die maximale Performance gemäss Datenblatt erreicht und gleichzeitig alle Normmessungen erfüllt werden können.


Dank der Entwicklung der beiden LoRa-Funkmodulen TRX433-70 und TRX868-70, können wir nun unseren Kunden zwei LoRa-Funkmodule anbieten, welche für Punkt zu Punkt Funkverbindungen wie auch für LoRaWAN Anwendungen sehr flexibel eingesetzt werden können. Dabei konnten wir unser technisches Know-How im Bereich von LoRa massiv ausbauen. Wir kennen nun die Kniffs und Tricks, um diese Technologie in einem beliebigen Kundenprodukt mit maximaler Performance zu integrieren.

Gerne beraten wir Sie und stellen Ihnen einen 433MHz oder 868MHz Evaluationskit für erste Versuche zur Verfügung. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.

 


Ihre Ansprechperson

F. Kugler
Verkauf & Entwicklung
Elektroingenieur FH (BSc in Elektrotechnik)

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F. Kugler