P21XXCSR - EVB：Powerharvester®芯片组参考设计评估板深度解析

在电子设计领域，无线能量收集技术正逐渐成为热门话题。今天我们要详细介绍的 P21XXCSR - EVB 评估板，就是一款用于测试和开发 Powerharvester®芯片组参考设计的重要工具。

文件下载：P21XXCSR-EVB.pdf

一、评估板概述

P21XXCSR - EVB 评估板以 PCC110 和 PCC210 芯片为核心，支持六个不同的频率波段，能够将射频（RF）能量转化为直流电源，并存储在电容中，最终提供间歇性的稳压输出电压。这些支持的频率波段包括 GSM - 850 上行链路、欧洲 RFID 与 GSM - 850 下行链路、美国 ISM 与 GSM - 900 上行链路、GSM - 1800 上行链路、GSM - 1900 上行链路以及 Wi - Fi 2.4GHz。

如果你有兴趣评估 P21XXCSR 芯片组，可以使用 P21XXCSR - EVB 评估板。若想获取参考设计并集成到自己的 PCB 上，可联系 Powercast（邮箱：[e-mail]）。此外，还有其他 CSR 设计可供选择，以支持不同的频率和功率范围。

二、套件内容与注意事项

套件内容

套件中包含一块用于 Powerharvester 芯片组参考设计的评估板。

注意事项

1. 天线需求：该套件需要用户自行提供天线。若需要定制天线设计，可联系 Powercast（邮箱：[e-mail]）。
2. 电源来源：套件需要从具有足够发射功率的 RF 源接收功率。测试设备可用于测试任何波段。若天线或测试设备为直流短路，则必须添加直流阻隔器。常见的 RF 源包括 Powercast TX91501 发射器、RFID 阅读器、手机和 Wi - Fi 路由器等。

三、操作说明

连接天线或测试设备

将天线连接到评估板上的 SMA 连接器（J1 - J6），或者将 J1 - J6 直接连接到 RF 测试设备。但要注意，超过额定值可能会导致设备永久性损坏。

选择频率波段

使用 JP2 跳线选择相应的波段。

调整开关设置

调整开关 S2、S3 和 S4 到所需的设置。

放置评估板并连接测试仪表

将评估板放置在平坦的表面上，并根据需要连接测试仪表。

开启 RF 能量源

开启 RF 能量源，如 Powercaster 发射器、测试设备或其他发射器。

四、绝对最大额定值

在使用评估板时，必须严格遵守绝对最大额定值，否则可能会对设备造成永久性损坏。以下是主要参数的绝对最大额定值：	参数	额定值	单位
RF 输入功率	23	dBm
RF IN 到 GND	0	V
D SET 到 GND	6	V
RESET 到 GND	6	V
V CAP 到 GND	2.3	V
V OUT 到 GND	6	V
V OUT 电流	100	mA
工作温度范围	- 40 到 85	°C
存储温度范围	- 40 到 140	°C

同时，该设备对静电放电（ESD）敏感，使用时需采取适当的 ESD 预防措施，以避免组件性能下降或损坏。

五、组件描述

存储电容

• C1：2200μF 的存储电容。
• C2：未安装，用户可根据需求添加不同的电容。
• C3：50mF 的超级电容，具有低等效串联电阻（ESR）。

开关与连接器

• C4、Q5、Q6、R17、R18：构成输出开关。
• J1 - J6：SMA 连接器，用于连接天线或 RF 输入，不同的连接器对应不同的频率。
• JP1：用于选择存储电容（C1、C2 或 C3）。
• JP2：用于选择所需的 RF 输入波段。
• P1：用于连接附加板的连接器。
• JP3、JP4、JP5：用于选择升压转换器的阈值电压。

电阻与开关

• R1、R2：用于设置 V OUT 的默认值。
• R3、R4：用于调整 V OUT ，可通过 S1 选择。
• R5：LED 偏置电阻。
• R6：用于通过 V OUT 将 D SET 拉高，可通过 S2 选择。
• R7：用于限制流向低阻抗电池的电流。
• S1：用于选择输出电压。
• S2：用于 D SET 选择。
• S3：用于选择 V OUT 负载。

指示灯

D3：用于直观显示功率输出的 LED。

六、规格参数

RF 特性

不同频率下的输入功率范围大致在 - 15 到 15dBm 之间，但部分频率有细微差异。例如，1747.5MHz 时输入功率范围为 - 13 到 15dBm，1880MHz 和 2450MHz 时为 - 12 到 15dBm。

DC 特性

• 输出电压范围为 2.0 到 5.5V，典型值为 3.3V。
• 输出电流最大为 50mA。
• V CAP 在不同设置下有不同的最大和最小值。

数字特性

RESET 输入高、D SET 输入高和 INT 输出高有相应的电压范围。

时序特性

包括 SET RESET 延迟、RESET 脉冲宽度以及不同电压设置下 INT 和 V OUT 的导通时间等参数。

七、详细操作说明

选择 RF 波段

通过 JP2 跳线选择所需的 RF 信号波段，每个波段对应一个 SMA 连接器（J1 - J6）。

选择存储电容

使用 JP1 跳线选择存储电容，可选择 C1、C2 或 C3。

典型操作

收获电路将适当频率波段内的 RF 能量转换为直流电源，由三个电压检测器之一进行监控。用户可通过 JP3、JP4 或 JP5 分别选择 1.2V、0.9V 或 0.7V 作为阈值电压。存储电容充电至所选阈值电压，当 V CAP 达到最大值时，INT 置高，升压转换器开启，Vout 设置为通过 S1 选择的输出电压；当 V CAP 降至最小值时，INT 置低，升压转换器关闭，直到 V CAP 再次充电至最大值。

RSSI 操作

RSSI 功能允许对接收信号进行采样，以指示所收集的能量量。当 D SET 被拉高时，收集的直流电源将被导向一个电阻，相应的电压将提供给 D OUT 。在 50μs 的稳定时间后可读取 Dout 上的电压。若不使用 RSSI 功能，D OUT 和 D SET 应保持未连接状态。

复位（RESET）

RESET 功能允许在存储电容达到下限阈值 VMIN 之前关闭 VOUT 的电压，从而节省能量并缩短充电至激活阈值 VMAX 的时间。该功能可由微控制器实现，但要注意避免微控制器在开机时误将 RESET 拉高，否则会立即关闭输出电压。若不使用 RESET 功能，RESET 应保持未连接状态。

中断（INT）

中断功能提供一个数字指示，表明 V OUT 引脚存在电压。INT 可用于包含其他存储元件的复杂系统中，作为外部中断将设备（如微控制器）从深度睡眠模式唤醒。INT 引脚的数字高电平在 VMIN 和 VMAX 之间，最大可提供 0.1mA 的电流。若不使用 INT 功能，INT 应保持未连接状态。

选择开启电压

使用 JP3、JP4 和 JP5 选择升压转换器开启时的电容电压。每个都是四针插头，将两个两针跳线移动到对应所需阈值电压的插头。JP3 设置阈值为 1.2V，JP4 设置为 0.9V，JP5 设置为 0.7V。

选择/设置输出电压

S1 用于选择 Vout 的三个输出电压选项。选择 DEFAULT 时，Vout 设置为 3.3V；选择 4.1V 或 4.2V 时，Vout 相应改变。通过改变电阻 R1 和 R2 并使用 DEFAULT 开关位置，DEFAULT 设置也可调整为 2.0V 到 5.5V 之间的任何电压。计算公式为： [R 2=frac{R 1}{left(frac{V{OUT }}{1.21}-1right)}] 建议 R1 使用 1MΩ，以下是一些常见 V OUT 值对应的 R2 值： [For V{OUT }=3.3 V, R 2=578.9 k Omega(576 k Omega std )] [For V{OUT }=4.1 V, R 2=418.7 k Omega(417 k Omega std )] [For V{OUT }=4.2 V, R 2=404.7 k Omega(407 k Omega std )] 需要注意的是，改变 R1 或 R2 会改变开关 S1 设置的电压，要确保不超过绝对最大电压。

选择 D SET

S2 用于选择 D SET 和 Dout 在板上的功能。选择 OFF 时，P21XXCSR - EVB 正常运行；若要监控 Dout，选择 Vout 会通过电阻 R6 将 DSET 连接到 Vout，此时当 Vout 开启时，DSET 被拉高，Dout 可用于测量 RSSI 或从 RF 场中获取数据；选择 DSET EXT 允许通过 DSET EXT 测试点外部控制 DSET。

LED、原型制作和测量电流

S3 用于控制 V OUT 的电流流向。选择 LED 时，V OUT 连接到板载 LED D3，作为系统工作的直观指示器；选择 VCC 时，Vout 连接到原型区域和输出开关。需要注意的是，Vout 与 S3 并联连接到插头 P1，因此无论 S3 位置如何，Vout 都存在于插头引脚。若使用 P1 插头，S3 应置于 MEAS 位置，因为其他位置可能消耗更多功率，导致存储电容充电时间延长。选择 MEAS 允许通过在测试点 Vout 和 LED 或 Vout 和 VCC 之间连接电流探头来测量电流，建议使用示波器进行测量，因为 Vout 的导通时间通常太短，万用表难以观察。

输出开关和电池

当 S3 置于 VCC 位置时，输出开关激活。输出开关由 C4、Q5、Q6、R17 和 R18 组成，在使用 P21XXCSR - EVB 为电池充电时是必需的。该开关将 P21XXCSR - EVB 从电池吸取的电流限制在 10 - 20nA，确保在非收集期间 P21XXCSR - EVB 不会使电池放电。BT1 用于为高阻抗存储元件（如薄膜电池或超级电容器）充电，BT2 用于为低阻抗电池（如锂离子或碱性可充电电池）充电，R7 用于限制输出开关与电池之间的电流流动。

八、典型性能图表

文档中还提供了典型性能图表，展示了 Powerharvester 效率与 RF IN (dBm) 的关系，有助于工程师更直观地了解评估板在不同 RF 输入功率下的性能表现。

P21XXCSR - EVB 评估板为电子工程师提供了一个强大的工具，用于测试和开发 Powerharvester®芯片组参考设计。通过深入了解其功能和操作方法，工程师们可以更好地利用无线能量收集技术，为未来的电子设备设计带来更多的可能性。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。