一种网关射频主板模块的制作方法

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种网关射频主板模块。

背景技术：

物联网是继计算机和互联网之后掀起世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网架构可分为三层：感知层、网络层和应用层，其中连接感知层和网络层的关键技术即物联网网关。物联网时代，物联网网关将会是至关重要的环节,这其中就涉及到网关数据的处理，即物联网网关主板的信息处理能力。但现有的基于Zigbee等短距离的物联网网关主板在远距离终端节点数据采集、单信道数据传输、成本投入等方面有信息处理方面的限制。因此，需要设计一种远距离数据传输的多信道物联网网关主板，提高远距离大规模节点采集数据的数据传输能力。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，解决现有技术中存在的上述不足之处。

为实现上述目的，本实用新型提供一种网关射频主板模块，包括网关射频主板和电源USB模块，网关射频主板包括主控制器、电压转换器、多媒体接口模块、多媒体接口保护电路、电压调节器、网关射频接口连接模块，电源USB模块包括集线器扩展USB、USB开关、电源管理芯片、USB启动接口；多媒体接口模块连接主控制器，电压转换器连接主控制器、多媒体接口保护电路连接多媒体接口模块、电压调节器连接主控制器、网关射频接口连接模块连接主控制器；USB开关连接主控制器，USB启动接口连接主控制器，电源管理芯片连接集线器扩展USB，USB启动接口连接集线器扩展USB。

优选地，主控制器为树莓派Raspberry pi CM3。

优选地，电压转换器为PAM2306。

优选地，电压调节器为AP7115。

优选地，集线器扩展USB包括LAN9514。

优选地，USB开关为FSUSB42UMX。

优选地，电源管理芯片选用MIC2026，MIC2026的个数为2。

本实用新型基于LoRa低功耗扩频无线通信技术对远距离多信道的物联网网关主板进行设计，该网关射频主板模块有如下优点：实现对物联网无线通信网络中采集数据的多信道网关数据的同时处理，将该主板模块广泛应用于物联网网络的构建中，解决现有的网关射频主板模块在远距离无线通信的射频数据处理速率的限制，提高远距离节点数据的传输效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种网关射频主板内部结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种网关射频主板主控制器树莓派芯片连接电路示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种网关射频主板电流转换器连接电路设计示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种网关射频主板HDMI接口连接电路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种网关射频主板HDMI接口保护电路示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种电压调节器连接电路示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种接口连接电路示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种集线器扩展USB连接电路示意图；

图9为本实用新型实施例提供的一种USB开关电路示意图；

图10为本实用新型实施例提供的电源管理芯片U8连接电路示意图；

图11为本实用新型实施例提供的电源管理芯片U9连接电路示意图；

图12为本实用新型实施例提供的一种USB启动接口连接电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1，本实用新型提供一种网关射频主板模块，包括网关射频主板和电源USB模块，网关射频主板包括主控制器、电压转换器、多媒体接口模块、多媒体接口保护电路、电压调节器、网关射频接口连接模块，电源USB模块包括集线器扩展USB、USB开关、电源管理芯片、USB启动接口；多媒体接口模块连接主控制器，电压转换器连接主控制器、多媒体接口保护电路连接多媒体接口模块、电压调节器连接主控制器、网关射频接口连接模块连接主控制器；USB开关连接主控制器，USB启动接口连接主控制器，电源管理芯片连接集线器扩展USB，USB启动接口连接集线器扩展USB。

如图2，微型电脑主板Raspberry pi CM3的差分信号输入引脚HDMI_D2_P连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS DATA2+，主板主板差分信号输入引脚HDMI_D2_N连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS DATA2-，主板差分信号输入引脚HDMI_D1_P连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS DATA1+，主板差分信号输入引脚HDMI_D1_N连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS DATA1-，主板差分信号输入引脚HDMI_D0_P连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS DATA0+，主板差分信号输入引脚连接HDMI_D0_N连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS DATA0-，主板差分信号输入引脚连接HDMI_CLK_P连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS CLOCK+，主板差分信号输入引脚HDMI_CLK_N连接多媒体接口HDMI-A的引脚TMDS CLOCK-，主板电压检测引脚HDMI_HPD_1V8连接阻值为100k的电阻R119的一端、电阻R119的另一端连接1.8V电压，主板通用IO口GPIO45连接阻值为100k的电阻R117的一端、电阻R117的另一端接地，主板通用IO口GPIO44连接阻值为100k的电阻R116的一端、电阻R116的另一端接地，主板通用IO口GPIO28-45的电压引脚GPIO1_VREF连接容值为1μF的电容C116的一端、引脚GPIO1_VREF的另外一端连接3.3V电压，主板通用IO口GPIO0-27的电压引脚GPIO0_VREF连接容值为1μF的电容C115的一端、引脚GPIO0_VREF的另外一端连接3.3V电压，主板通用IO口GPIO11连接网关射频Gateway Radio的时钟引脚SCK,主板通用IO口GPIO10连接网关射频Gateway Radio的引脚MOSI，主板通用IO口GPIO29连接阻值为100k的电阻R115的一端、电阻R115的另外一端接地，主板通用IO口GPIO9连接网关射频Gateway Radio的引脚MISO，主板通用IO口GPIO28连接阻值为100k的电阻R114的一端、电阻R114的另外一端接地，主板通用IO口GPIO8连接网关网关射频Gateway Radio的片选引脚CSN，主板通用IO口GPIO1连接网关射频Gateway Radio的复位引脚RESET，主板运行控制引脚EMMC_DISABLE_N连接电源及USB模块中的USB BOOT的引脚2，主板电源电压引脚VBAT连接容值为47μF的电容C112的一端、电源引脚VBAT的另外一端连接5V电压，主板3.3V电压引脚CM_3V3连接容值为47μF的电容C113的一端、引脚CM_3V3的另外一端连接3.3V电压，数模转换模块的电源引脚CM_VDAC连接引脚DAC_2V5，主板1.8V电压引脚CM_1V8连接容值为47μF的电容C114的一端、引脚CM_1V8的另外一端连接1.8V电压，主板HDMI接口的时钟信号引脚HDMI_SCL连接多媒体接口HDMI-A的引脚SCL，主板HDMI接口的数据输入输出引脚HDMI_SDA连接多媒体接口HDMI-A的引脚SDA，主板的引脚HDMI_CEC连接多媒体接口HDMI-A的引脚CEC，主板的串行接口引脚USB_N连接电源与USB模块FSUSB42UMAX的D-引脚，主板的串行接口引脚USB_P连接电源与USB模块FSUSB42UMAX的D+引脚。

如图3，电压转换器PAM2306的电压输入引脚VIN2连接容值为10μF的电容C103的一端、同时这端连接5V电压，转换器的电源输出引脚LX2连接感值为4.7μH的电感L102的一端、电感L102的另外一端连接容值为10μF的电容C108的一端、同时这端输出1.8V的电压、电容C108的另外一端接地，转换器的使能引脚EN1连接5V电压，转换器的电压输入引脚VIN1连接容值为10μF的电容C102的一端、同时这端连接5V电压、电容C102的另外一端接地，转换器的电压输出引脚LX1连接感值为4.7μH的电感L101，电感L101的另外一端连接容值为10μF的电容C106的一端、同时这端输出3.3V电压，转换器的使能引脚EN2连接5V电压。

如图4，多媒体接口HDMI-A的差分信号引脚TMDS DATA2+连接主板Raspberry pi CM3的引脚HDMI_D2_P，多媒体接口的差分信号引脚TMDS DATA2-连接主板的引脚HDMI_D2_N，多媒体接口的差分信号引脚TMDS DATA1+连接主板的引脚HDMI_D1_P，多媒体接口的差分信号引脚TMDS DATA1-连接主板的引脚HDMI_D1_N，多媒体接口的差分时钟信号引脚TMDS CLOCK+连接主板的引脚HDMI_CLK_P，多媒体接口的差分时钟信号引脚TMDS CLOCK-连接主板的引脚HDMI_CLK_N，多媒体接口的消费电子协议引脚CEC连接主板的引脚HDMI_CEC，多媒体接口的DDC时钟线引脚SCL连接主板的引脚HDMI_SCL，多媒体接口的DDC的数据线引脚SDA连接主板的引脚HDMI_SDA，多媒体接口的电源引脚POWER连接配电开关AP2331W的输出引脚H5V0，多媒体接口的热插拔检测引脚Hot Plug Detect连接三极管Q102的栅源电压引脚HDMI_HPO。

如图5，HDMI接口的保护电路芯片ESD5384的消费电子协议引脚CEC连接主板Raspberry pi CM3的引脚HDMI_CEC,其时钟线引脚SCL连接主板引脚HDMI_SCL，其数据线引脚SDA连接主板的引脚HDMI_SDA，其引脚HPD连接多媒体接口的引脚HDMI_HPD，其5V电源引脚连接三极管Q101的栅源电压引脚、三极管Q101的漏源电压引脚连接多媒体接口HDMI-A的引脚HDMI_CEC、三极管Q101的源极电压引脚连接阻值为100K的电阻R118的一端、电阻R118的另外一端接3.3V电压。

如图6，电压调节器AP7115的电压输入引脚VIN连接容值为1μF的电容C109的一端、同时这端连接3.3V电压、电容C109的另外一端接地，调节器的使能引脚CE连接3.3V电压，调节器的带隙基准旁路引脚BP连接容值为0.1μF的电容C111的一端、电容C111的另外一端接地，调节器AP7115的电压输出引脚VOUT连接容值为4.7μF的电容C110的一端、同时这端连接阻值为0R的电阻R110的一端、电阻R110的另外一端连接树莓派Raspberry pi的引脚CM_VDAC。

如图7，网关射频接口Gateway Radio的电源引脚接5V电压，射频接口的片选引脚连接主板Raspberry pi的通用IO引脚GPIO8，射频接口的主输出从输入引脚MOSI连接主板通用IO口引脚GPIO10，射频接口的主输入从输出MISO连接主板通用IO口GPIO9，射频接口的时钟引脚SCK连接主板通用IO口GPIO11，射频接口的复位引脚RESET连接主板通用IO口GPIO1，射频接口的引脚LNA_LED连接阻值为47Ω的电阻R306的一端、电阻R306的另外一端连接发光二极管D306的正极、发光二极管D306的负极接地，射频接口的引脚B_LED连接阻值为47Ω的电阻R307的一端、电阻R307的另外一端连接发光二极管D307的正极、发光二极管D307的负极接地，射频接口的引脚A_LED连接阻值为47Ω的电阻R308的一端、电阻R308的另外一端连接发光二极管D308的正极、发光二极管D308的负极接地，射频接口的引脚PA_LED连接阻值为47Ω的电阻R309的一端、电阻R309的另外一端连接发光二极管D309的正极、发光二极管D309的负极接地。

如图8，USB芯片LAN9514的IO口供电引脚VDD33IO连接3.3v的USB供电电源引脚3V3_USB，其以太网锁相环电源引脚VDD18ETHPLL连接容值为0.1μF的电容C217的一端连接、同时这端与电感FB202的一端连接、电容C217的另外一端接地、电感FB202的另外一端连接容值为1μF的电容C216的一端、同时这端连接芯片LAN9514的USB锁相环电源引脚VDD18USBPLL，其外置偏置电阻引脚USBRBIAS连接阻值为12.4K的电阻R202的一端、电阻R202的另外一端接地，其USB电源控制引脚PRTCTL2连接电源管理芯片U8的使能引脚ENA和故障标志引脚FLGA，其USB电源控制引脚PRTCTL3连接电源管理芯片U8的使能引脚ENB和故障标志引脚FLGB，其USB电源控制引脚PRTCTL4连接电源管理芯片U9的使能引脚ENA和故障标志引脚FLGA，其USB电源控制引脚PRTCTL5连接电源管理芯片U9的使能引脚ENB和故障标志引脚FLGB，外部偏置电阻引脚EXRES连接阻值为12.4K的电阻R201的一端、电阻R201的另外一端接地，其使能引脚AUTOMDIX_EN、测试引脚TEST2、复位引脚nRESET、测试端口复位引脚nTRST连接3.3V电压，晶振输入引脚XI和晶体输出引脚XO连接25MHZ的晶振Y3的正负极，芯片的以太网速度指示灯引脚nSPD_LED连接网络接口芯片JOO11D01BNL的引脚YEL C，芯片的以太网连接指示灯nLNKA_LED连接网络接口芯片JOO11D01BNL的引脚GRN C，芯片以太网数据输出负极引脚TXN连接阻值为50R的电阻R221的一端、电阻R221的另外一端连接电源VDDA33，芯片以太网数据输出正极TXP连接阻值为50R的电阻R220的一端、电阻R220的另外一端连接电源VDDA33，芯片以太网数据输入引脚负极RXN连接阻值为50R的电阻R209的一端、电阻R209的另外一端连接电源VDDA33，芯片以太网数据输入引脚正极RXP连接阻值为50R的电阻R208的一端、电阻R208的另外一端连接电源VDDA33，芯片引脚USBDM5连接USB接口J204的引脚D-，芯片引脚USBDP5连接USB接口J204的引脚D+，芯片引脚USBDM4连接USB接口J204的引脚D-，芯片引脚USBDP4连接USB接口J204的引脚D+，芯片引脚USBDM3连接USB接口J203的引脚D-，芯片引脚USBDP3连接USB接口J203的引脚D+，芯片引脚USBDM2连接USB接口J203的引脚D-，芯片引脚USBDP2连接USB接口J203的引脚D+，芯片引脚USBDM0连接USB开关FSUSB42UMX的引脚HSD2-，芯片引脚USBDP0连接USB开关FSUSB42UMX的引脚HSD2+。

如图9，USB开关FSUSB42UMX的数据引脚D+连接树莓派Raspberry pi的引脚USB_P，其数据引脚D-连接树莓派Raspberry pi的引脚USB_M，其数据引脚HSD1-连接微型USB接口J202的引脚D-，其数据引脚HSD1+连接微型USB接口J202的引脚D+，其数据引脚HSD2-连接LAN9514的引脚USBDM0，其数据引脚HSD2+连接LAN9514的引脚USBDP0，其电源引脚VCC连接3.3V电压，其输入选择引脚sel连接阻值为47k的电阻R203的一端、电阻R203的另外一端连接3.3V电压、同时这端连接三极管Q201的栅极电压引脚，三极管Q201的栅极电压引脚连接电压VBUSB。

如图10和图11，在该实用新型设计中USB及电源模块的电源管理芯片MIC2026有两个模块U8和U9。在电源管理模块U8的电路连接中，芯片MIC2026的使能引脚ENA和故障标志引脚FLGA连接LAN9514的引脚PRTCTL2，其使能引脚ENB故障标志引脚FLGB接LAN9514的引脚PRTCTL3，其输出引脚OUTA连接USB接口J203的电源引脚VCC，其输出引脚OUTB连接USB接口J203的电源引脚VCC，其电源输入引脚IN连接5V电压、同时这端连接容值为0.1μF的电容C220的一端，电容C220的另外一端接地。在电源管理模块U9的电路连接中，芯片MIC2026的使能引脚ENA和故障标志引脚FLGA连接LAN9514的引脚PRTCTL4，其使能引脚ENB故障标志引脚FLGB接LAN9514的引脚PRTCTL5，其输出引脚OUTA连接USB接口J204的电源引脚VCC，其输出引脚OUTB连接USB接口J204的电源引脚VCC，其电源输入引脚IN连接5V电压、同时这端连接容值为0.1μF的电容C220的一端，电容C220的另外一端接地。

如图12，USB启动接口P201的引脚2连接阻值为47K的电阻R207的一端、同时这端连接二极管Q202的栅源电压端，二极管Q202的源极电压端连接发光二极管D201的正极、同时这端连接二极管Q203的漏源电压端、发光二极管D201的负极连接阻值为470R的电阻R205的一端、电阻R205的另外一端接3.3V电压，二极管Q203的栅源电压端连接阻值为100K的电阻R206的一端、同时这端连接树莓派主板Raspberry pi的引脚EMMC_DISABLE_1V8、电阻R206的另外一端连接1.8V电压,二极管Q202的漏源电压端连接树莓派主板Raspberry pi的引脚EMMC_DISABLE_N。

LoRa网关射频主板设计可以通过网关射频主板模块连接电路以及供电及USB模块电路的设计，实现射频主板8信道射频信号的处理目的，同时供电及USB模块的独立设计保证了网关射频主板供电及外部连接多元化；网关射频主板中主控制芯片树莓派、电源管理、电流转换等相关芯片精度高、稳定性强、成本低，实现了整个网关射频主板的高性价比，适合LoRa低功耗扩频无线通信网络的大规模应用。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。