本实用新型实施例涉及电路技术，尤其涉及一种应用于物联网的zigbee模块。
背景技术：
紫蜂(zigbee)是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用电气和电子工程师协会(instituteofelectricalandelectronicsengineers，ieee)802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。zigbee具有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全的优点。
传统的zigbee模块，以一颗系统级芯片(systemonchip，soc)的zigbee芯片作为主控，在通过一个平衡-不平衡变换器(balance-unbalance，balun)电路，经过集成功放芯片把信号放大后，在通过二级滤波到天线连接座，最后由一个天线连接座上连接的外置的天线来实现信号的收发。
但传统的zigbee模块采用天线连接座上连接的外置天线进行信号的收发，使得zigbee模块的生产过程繁琐，且成本较高，同时会增加使用zigbee模块的用户在开发过程中的难度。
技术实现要素：
本实用新型提供一种应用于物联网的zigbee模块，能够节约使用zigbee模块进行开发的用户的设计成本和开发时间。
第一方面，本实用新型实施例提供一种应用于物联网的zigbee模块，包括：设置于电路基板上并依次连接的zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线；
zigbee芯片用于进行zigbee模式差分信号的收发；
差分匹配电路用于将zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号；
集成功放电路用于将差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线发射，并将平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路。
在第一方面一种可能的实现方式中，平面天线包括设置于电路基板上的单极pcb天线。
在第一方面一种可能的实现方式中，平面天线的长度为zigbee芯片工作频段对应波长的四分之一。
在第一方面一种可能的实现方式中，集成功放电路包括双工器、发射子电路和接收子电路，发射子电路和接收子电路通过双工器隔离，双工器用于将平面天线接收的zigbee信号输入接收子电路并将发射子电路发送的射频信号发送至平面天线，发射子电路用于将差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线发射，接收子电路用于将平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路。
在第一方面一种可能的实现方式中，发射子电路包括功率放大器，接收子电路包括低噪声放大器。
在第一方面一种可能的实现方式中，zigbee模块还包括设置于电路基板上的振荡电路和供电电路，振荡电路用于为zigbee芯片提供振荡信号，供电电路用于为zigbee芯片和集成功放电路供电。
在第一方面一种可能的实现方式中，供电电路包括ldo。
在第一方面一种可能的实现方式中，还包括设置于电路基板上的滤波电路，滤波电路设置于集成功放电路和平面天线之间，用于对平面天线接收的zigbee信号或集成功放电路发送的射频信号进行滤波。
在第一方面一种可能的实现方式中，滤波电路包括带通滤波电路，滤波电路的工作频段与zigbee芯片的工作频段相同。
在第一方面一种可能的实现方式中，差分匹配电路包括巴伦电路。
本实用新型实施例提供的应用于物联网的zigbee模块，包括设置于电路基板上并依次连接的zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线，其中，zigbee芯片用于进行zigbee模式差分信号的收发；差分匹配电路用于将zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号；集成功放电路用于将差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线发射，并将平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路，由于在电路基板上设置了平面天线，因此无需额外为zigbee模块外接外置天线，zigbee模块即可实现zigbee信号的收发，从而为使用zigbee模块进行开发的用户节约了设计成本和时间。
附图说明
图1为传统的zigbee模块的结构示意图；
图2为本实用新型提供的一种应用于物联网的zigbee模块的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种平面天线的结构示意图；
图4本实用新型提供的另一种应用于物联网的zigbee模块的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的应用于物联网的zigbee模块的外形尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
图1为传统的zigbee模块的结构示意图，如图1所示，传统的zigbee模块包括zigbee芯片11、balun电路12、集成功放芯片13、滤波器13、天线连接座15、osc16和ldo17。
其中zigbee芯片用于进行符合zigbee协议的信号的收发，zigbee芯片一般为差分收发，因此需要通过差分匹配电路对zigbee芯片的差分电路进行匹配转换。一般采用balun电路进行差分电路的匹配，balun电路12与zigbee芯片11连接，用于将zigbee芯片11产生的差分信号转换为单路射频信号，并将接收到的单路射频信号转换为差分信号后输入zigbee芯片11。集成功放芯片13用于进行射频电路的收发转换，其中包括功率放大器、低噪声放大器、双工器，能够对发射的zigbee信号进行功率放大，并对接收的zigbee信号进行低噪声放大，且能够实现收发双工。滤波器14用于对收发的zigbee信号进行带通滤波。天线连接座15提供外置的天线的连接端口，与滤波器14连接。osc16为zigbee芯片提供振荡信号，ldo17为zigbee芯片11和集成功放芯片13供电。天线连接座15例如为ipex连接座。zigbee芯片11、balun电路12、集成功放芯片13、滤波器13、天线连接座15、osc16和ldo17均设置于一块电路基板上，通过电路基板上的线路连接。
图1所示的zigbee模块无法实现zigbee信号的独立收发，还需要在天线连接座15上连接外置的天线才能实现工作。那么对于需要使用zigbee模块的用户而言，就需要额外设计zigbee模块的天线，为用户的开发设计增加了工作量和设计难度。在目前物联网大规模发展的情况下，zigbee模块被广泛应用于物联网设备中，那么传统的zigbee模块会增加物联网设备的成本和开发时间。
图2为本实用新型提供的一种应用于物联网的zigbee模块的结构示意图，如图2所示，本实施例提供的应用于物联网的zigbee模块包括：设置于电路基板上并依次连接的zigbee芯片21、差分匹配电路22、集成功放电路23和平面天线24。
其中zigbee芯片21用于进行zigbee模式差分信号的收发；差分匹配电路22用于将zigbee芯片21产生的差分信号转换为单路射频信号，并将集成功放电路23接收的单路射频信号转换为差分信号；集成功放电路23用于将差分匹配电路22产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线24发射，并将平面天线24接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路22。
zigbee模块的核心部件为zigbee芯片21，根据所需使用的zigbee制式，可以选择不同的zigbee芯片21。由于zigbee芯片21一般均为差分收发，即输入和输出的均为差分信号，因此需要为zigbee芯片21设置差分匹配电路22。差分匹配电路22与zigbee芯片21连接，用于将zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号。差分匹配电路22的形式可以根据实际电路需求而设置，例如可以使用balun电路作为差分匹配电路22。
集成功放电路23与差分匹配电路22通过一路连接线连接，集成功放电路23为集成了多种电路功能的电路，为射频电路的收发电路，可以实现射频信号的收发双工。集成功放电路23可以包括发射子电路和接收子电路，其中发射子电路用于将差分匹配电路22产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线24发射，接收子电路用于将平面天线24接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路22。同时为了使集成功放电路23实现双工，使集成功放电路23中的发射子电路和接收子电路之间的隔离度达到预设阈值，集成功放电路23中还包括双工器，双工器用于将平面天线24接收的zigbee信号输入接收子电路并将发射子电路发送的射频信号发送至平面天线24，从而实现集成功放电路23的双工。集成功放电路23可以由一个集成的集成功放芯片实现。为了实现发射子电路和接收子电路的功能，发射子电路可以包括功率放大器，接收子电路可以包括低噪声放大器。
为了解决传统的zigbee模块需要外接外置天线的问题，本实施例提供的zigbee模块在电路基板上设置有平面天线24。平面天线24可以是设置于电路基板上的微带天线或带状天线。平面天线24的具体天线形状不限，主要平面天线24的工作频率位于zigbee芯片21的工作频段即可。由于本实施例提供的zigbee模块在电路基板上设置了平面天线24，因此无需额外为zigbee模块外接外置天线，zigbee模块即可实现zigbee信号的收发，从而为使用zigbee模块进行开发的用户节约了设计成本和时间。
zigbee模块所使用的电路基板一般为印制电路板(printedcircuitboard，pcb)，因此平面天线24可以为设置于电路基板上的单极pcb天线。当平面天线24为单极pcb天线时，平面天线24的长度可以为zigbee芯片21工作频段对应波长的四分之一。为了节约zigbee模块的体积，平面天线24的形状可以根据实际需求设置，只要平面天线24的等效长度为zigbee芯片21工作频段对应波长的四分之一即可。例如，当zigbee芯片21的工作频段为2.4ghz时，平面天线24的形状和尺寸例如可以如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的一种平面天线的结构示意图，图3中的尺寸单位为毫米(mm)。如图2所示结构的平面天线的效率较高，达到48％的效率。且采用平面天线时，zigbee模块对外围器件的要求较低。
本实施例提供的应用于物联网的zigbee模块，包括设置于电路基板上并依次连接的zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线，其中，zigbee芯片用于进行zigbee模式差分信号的收发；差分匹配电路用于将zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号；集成功放电路用于将差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至平面天线发射，并将平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至差分匹配电路，由于在电路基板上设置了平面天线，因此无需额外为zigbee模块外接外置天线，zigbee模块即可实现zigbee信号的收发，从而为使用zigbee模块进行开发的用户节约了设计成本和时间，提高了zigbee模块在物联网设备中的应用前景。
图4本实用新型提供的另一种应用于物联网的zigbee模块的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的应用于物联网的zigbee模块在图2的基础上，还包括：设置于电路基板上的振荡电路25和供电电路26，振荡电路25用于为zigbee芯片21提供振荡信号，供电电路26用于为zigbee芯片21和集成功放电路23供电。
zigbee模块所需的振荡信号和电源可以由外部电路提供，该设计与天线的设计不同，不会增加过多的物料成本和时间成本。但为了便于用户使用，本实用新型实施例提供的zigbee模块中还包括设置于电路基板上的振荡电路25和供电电路26。其中振荡电路25可以为有源的振荡器(oscillator，osc)。供电电路26可以采用低压差线性稳压器(lowdropoutregulator，ldo)实现。
可选地，如图4所示，本实用新型实施例提供的zigbee模块还可以包括设置于电路基板上的滤波电路27，滤波电路27设置于集成功放电路23和平面天线24之间，用于对平面24天线接收的zigbee信号或集成功放电路23发送的射频信号进行滤波。可选地，滤波电路27包括带通滤波电路，滤波电路27的工作频段与zigbee芯片21的工作频段相同。
图5为本申请实施例提供的应用于物联网的zigbee模块的外形尺寸示意图，图5中示出应用于物联网的zigbee模块的电路基板的正面示意，图中示出的1-28为电路基板上zigbee芯片的管脚示意图，天线51为zigbee模块中的平面天线示意图，芯片52为zigbee模块中的集成电路芯片的示意图，差分匹配电路可以设置于图中所示电路基板的背面。zigbee模块的电路基板采用全孔及半孔工艺，可以满足1.27mm的插件焊接，也可以直接与电路基板做贴片焊接，满足部分拔插方便，又满足部分贴片的场合。图5中的尺寸单位均为毫米(mm)。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
1.一种应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，包括：设置于电路基板上并依次连接的zigbee芯片、差分匹配电路、集成功放电路和平面天线；
所述zigbee芯片用于进行zigbee模式差分信号的收发；
所述差分匹配电路用于将所述zigbee芯片产生的差分信号转换为单路射频信号，并将所述集成功放电路接收的单路射频信号转换为差分信号；
所述集成功放电路用于将所述差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至所述平面天线发射，并将所述平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至所述差分匹配电路。
2.根据权利要求1所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，所述平面天线包括设置于所述电路基板上的单极印制电路板pcb天线。
3.根据权利要求2所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，所述平面天线的长度为所述zigbee芯片工作频段对应波长的四分之一。
4.根据权利要求1～3任一项所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，所述集成功放电路包括双工器、发射子电路和接收子电路，所述发射子电路和所述接收子电路通过所述双工器隔离，所述双工器用于将所述平面天线接收的zigbee信号输入所述接收子电路并将所述发射子电路发送的射频信号发送至所述平面天线，所述发射子电路用于将所述差分匹配电路产生的单路射频信号进行功率放大后发送至所述平面天线发射，所述接收子电路用于将所述平面天线接收的zigbee信号经过低噪声放大后发送至所述差分匹配电路。
5.根据权利要求4所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，所述发射子电路包括功率放大器，所述接收子电路包括低噪声放大器。
6.根据权利要求1～3任一项所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，还包括设置于所述电路基板上的振荡电路和供电电路，所述振荡电路用于为所述zigbee芯片提供振荡信号，所述供电电路用于为所述zigbee芯片和所述集成功放电路供电。
7.根据权利要求6所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，所述供电电路包括低压差线性稳压器ldo。
8.根据权利要求1～3任一项所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，还包括设置于所述电路基板上的滤波电路，所述滤波电路设置于所述集成功放电路和所述平面天线之间，用于对所述平面天线接收的zigbee信号或所述集成功放电路发送的射频信号进行滤波。
9.根据权利要求8所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，所述滤波电路包括带通滤波电路，所述滤波电路的工作频段与所述zigbee芯片的工作频段相同。
10.根据权利要求1～3任一项所述的应用于物联网的zigbee模块，其特征在于，所述差分匹配电路包括巴伦电路。
技术总结