Introduction

Dans le domaine des communications sans fil pour l'Internet des objets (IoT), la bande de fréquences sub-GHz (telle que 433 MHz, 868 MHz et 915 MHz) est reconnue pour sa longue portée et sa forte capacité de pénétration, ce qui en fait le choix privilégié pour les applications longue distance à faible consommation. Parallèlement, la bande de fréquences 2,4 GHz , grâce à son débit de données élevé et à son utilisation sans licence à l'échelle mondiale, est largement utilisée pour la transmission de données à haut débit sur de courtes distances. Pendant longtemps, les ingénieurs ont dû intégrer deux modules distincts dans un seul appareil pour prendre en charge les deux bandes, ce qui non seulement complexifiait la conception, mais augmentait également les coûts et réduisait l'espace disponible sur le circuit imprimé.

Les E80-400M2212S et E80-900M2212S modules LoRa double bande , ainsi que leurs kits d'évaluation E80-400MBL-02 et E80-900MBL-02 , lancés par Chengdu EBYTE Electronic Technology Co., Ltd. , sont spécialement conçus pour relever ce défi.

• Module principal : Basé sur la Semtech LR2021 — une puce unique qui prend simultanément en charge les bandes doubles Sub-GHz et 2,4 GHz. puce IP LoRa Plus de quatrième génération

• Kit d'évaluation : équipé d'un microcontrôleur STM32F103C8T6 , il fournit des démonstrations logicielles complètes et des conceptions de référence pour aider les utilisateurs à réaliser rapidement des tests et des développements de communication de données sans fil.

Cet article propose une analyse approfondie de la manière dont cette combinaison de produits résout le problème de la « double bande » pour les ingénieurs, en abordant la définition du produit, les spécifications techniques, les scénarios d'application, et bien plus encore.

Présentation du produit

1.1 E80-400M2212S et E80-900M2212S : Modules LoRa double bande

Ces deux modules sont des modules sans fil matériels SPI LoRa SMD double bande développés indépendamment par Chengdu EBYTE Electronic Technology Co., Ltd., basés sur la propriété intellectuelle LoRa de quatrième génération Semtech LoRa Plus — la puce LR2021 .

Remarque importante : Ces modules sont des modules RF matériels. Les utilisateurs doivent les programmer via l’interface SPI. Ils conviennent aux équipes maîtrisant le développement de microcontrôleurs.

1.2 E80-400MBL-02 et E80-900MBL-02 : Kits d’évaluation LoRa double bande

Ces deux kits d'évaluation sont des plateformes de développement spécialement conçues pour aider les utilisateurs à évaluer rapidement les performances des modules ci-dessus.

Caractéristiques et comparaison des modèles

Fonctionnalités du module principal

1. Véritable intégration double bande

C’est le principal argument de vente de la série E80-xxxM2212S. Une seule puce LR2021 prend simultanément en charge :

• Bande sub-GHz : 410-493 MHz ou 850-930 MHz, avec une puissance d’émission jusqu’à +22 dBm et une portée de communication jusqu’à 5 km dans des conditions idéales.

• Bande 2,4 GHz : 2400-2500 MHz, avec une puissance d'émission de +12 dBm et une portée de communication allant jusqu'à 2,2 km dans des conditions idéales.

Cela signifie qu'un seul module peut assurer à la fois la collecte de données à longue distance en bande Sub-GHz et l'interaction de données à haut débit à courte portée en bande 2,4 GHz.

2. IP LoRa Plus de quatrième génération

• de Semtech Utilise la dernière propriété intellectuelle LoRa Plus de quatrième génération , avec une sensibilité de réception pouvant atteindre -142 dBm (@LoRa 125 kHz Sub-GHz).

• Entièrement compatible avec les puces des séries SX126x, SX127x, SX128x et LR11xx , permettant une intégration transparente avec les systèmes existants.

• Introduit la modulation FLRC (Fast Long Range Communication) , atteignant des débits de données jusqu'à 2,6 Mbps — un bond significatif par rapport au plafond de débit traditionnel de LoRa.

À propos de la puce LR2021 : La LR2021 est la première puce de Semtech de la série LoRa Plus. Elle intègre le protocole IP LoRa de quatrième génération et prend en charge les réseaux terrestres et les communications par satellite (SATCOM), couvrant les bandes Sub-GHz, ISM 2,4 GHz, L et S sous licence. Principales améliorations par rapport à la génération précédente (LR1121) :

• Amélioration de la sensibilité de 4,5 dB en mode Sub-GHz

• Mode FLRC pour une communication haut débit jusqu'à 2,6 Mbit/s

• Le débit en mode LoRa a doublé pour atteindre 125 kbit/s.

• La tolérance de décalage de fréquence a été augmentée à ±33 % de la bande passante (contre ±25 % sur la Gen3).

• La technologie Fast CAD (détection d'activité des canaux) réduit la consommation d'énergie d'environ 70 % dans les scénarios d'écoute avant prise de parole.

• Multi-SF CAD prend en charge la détection parallèle de jusqu'à 4 facteurs d'étalement différents

• Codage convolutif (CR8/CR9) avec entrelacement long pour une capacité de détection améliorée

• Convertisseur CC-CC SIMO intégré avec un rendement supérieur à 85 %

• Mesure de la plage RTToF intégrée et compensation de température NTC

3. Conception d'antenne flexible

Ce module est doté d'une interface à double antenne (IPEX-1 + trou de marquage) . Les bandes de fréquences sub-GHz et 2,4 GHz disposent chacune d'une interface d'antenne indépendante, éliminant ainsi les interférences mutuelles.

4. Fiabilité de niveau industriel

• Oscillateur à cristal actif de haute précision à compensation de température (TCXO) de qualité industrielle de 32 MHz intégré et cristal basse fréquence de 32,768 kHz.

• Plage de températures de fonctionnement : -40°C à +85°C , répondant aux exigences industrielles.

5. Module RF matériel pur

Remarque : Ce module nécessite une programmation manuelle (via l’interface SPI). Il est adapté aux équipes maîtrisant le développement de microcontrôleurs. L’interface SPI pure offre aux utilisateurs une grande liberté dans le choix de leur plateforme microcontrôleur.

Caractéristiques du kit d'évaluation

1. Démo rapide en un clic

• intégré Microcontrôleur STM32F103C8T6 avec la plupart des broches accessibles.

• Fournit un exemple de code source d'application logicielle complète pour émetteur-récepteur sans fil. Grâce au logiciel E80_DEMO (projet Keil) fourni par EBYTE, les utilisateurs peuvent réaliser des démonstrations de transmission et de réception de données.

2. Transmission transparente des données du port série

• Connectez-vous à un PC via une interface USB Type-C vers UART . Grâce à des assistants de port série comme XCOM , vous pouvez réaliser une transmission de données sans fil et transparente sans écrire une seule ligne de code pour vérifier les capacités de communication du module.

3. Commandes spéciales riches

• Prend en charge l'envoi de commandes HEX via le port série pour des opérations avancées telles que le réglage de la fréquence, la transmission à porteuse unique et la configuration RF basse consommation.

• Par exemple: C1 00 18 70 1A 80peut rapidement configurer la fréquence de fonctionnement du module à 410 MHz.

4. Interfaces d'antenne doubles SMA

• La carte d'évaluation offre des interfaces d'antenne SMA-K sub-GHz et SMA-K 2,4 GHz , facilitant ainsi la connexion d'antennes standard pour les tests.

Comparaison entre le module de base et le kit d'évaluation

Spécifications techniques

Paramètres RF du module principal

Paramètres électriques et matériels du module principal

Paramètres clés du kit d'évaluation

Scénarios d'application et besoins des utilisateurs

Les modules LoRa double bande de la série E80 et les kits d'évaluation répondent précisément aux besoins suivants des utilisateurs :

Scénario 1 : Système d’acquisition de données de capteurs multibandes

• Exigences : Il est nécessaire d'utiliser simultanément la longue portée du Sub-GHz pour le transport des données et la vitesse élevée du 2,4 GHz pour l'agrégation des données à courte portée.

• Solution : La capacité double bande du E80-xxxM2212S permet à un seul module de basculer entre différentes bandes de fréquences, permettant un routage de données flexible.

Scénario 2 : Compteurs intelligents et gestion de l’énergie (AMI)

• Exigences : Les données du compteur doivent être transmises mensuellement (ou quotidiennement) via un réseau sans fil longue portée ; les mises à jour du micrologiciel du compteur nécessitent une connectivité locale à haut débit.

• Solution : Sub-GHz (bande 470 MHz) pour la relève à distance des compteurs ; 2,4 GHz pour la maintenance à grande vitesse et les mises à jour du micrologiciel par un technicien sur site.

Scénario 3 : Gestion des actifs de l'usine intelligente

• Exigences : Nécessité d'un suivi à longue distance de la localisation du personnel/des actifs (Sub-GHz), tout en exigeant un échange de données rapide entre les appareils (2,4 GHz).

• Solution : Le module bi-bande peut automatiquement basculer entre les bandes de fréquences en fonction des exigences de la tâche, réalisant ainsi une combinaison parfaite de « positionnement longue portée + interaction de données à haut débit à courte portée ».

Scénario 4 : Maison intelligente (Équilibre entre la couverture de toute la maison et le haut débit local)

• Exigences : Une passerelle domotique doit connecter des capteurs dans toute la maison (forte pénétration du Sub-GHz) tout en interagissant simultanément à grande vitesse avec les appareils multimédias du salon (2,4 GHz).

• Solution : Un seul module répond à deux besoins de connectivité, simplifiant ainsi la conception de la passerelle.

Scénario 5 : Agriculture intelligente

• Exigences : Les capteurs de sol, les stations météorologiques et les vannes d'irrigation répartis sur de vastes terres agricoles nécessitent une liaison de données longue portée ; les drones ou les appareils portables nécessitent un déchargement local de données à haut débit lors des inspections sur le terrain.

• Solution : La bande Sub-GHz assure une couverture de l'ordre du kilomètre pour les réseaux de capteurs ; la bande 2,4 GHz permet une collecte de données à haut débit lors des visites sur site.

Avantages principaux d'EBYTE

Solution intégrée bi-bande

Une seule puce LR2021 permet la transmission et la réception bi-bande Sub-GHz et 2,4 GHz, réduisant considérablement la surface du circuit imprimé et les coûts de la nomenclature (BOM).

Écosystème de développement complet

• Modules de base : Fournissent des spécifications produit détaillées, des définitions de broches, des circuits de référence, des directives de conception matérielle et des solutions aux problèmes courants.

• Kits d'évaluation : Fournissent des cartes de développement de démonstration préchargées, des guides de démarrage rapide d'assistant de port série, le SDK personnalisé EBYTE (E80_DEMO) et des exemples de référence du SDK officiel Semtech.

Deux voies de développement

EBYTE propose à la fois le SDK personnalisé EBYTE (basé sur Keil, idéal pour une prise en main rapide) et le SDK officiel Semtech (basé sur VS Code, plus proche de l'implémentation d'usine). Les développeurs peuvent choisir selon leurs préférences.

Haute sensibilité et longue portée

Une sensibilité ultra-élevée de -142 dBm en mode Sub-GHz, combinée à une puissance élevée de 22 dBm, assure une communication stable dans des environnements difficiles.

Module de base + Stratégie du kit d'évaluation

Commencez par utiliser la carte de développement E80-xxxMBL-02 pour vérifier rapidement les fonctionnalités et les performances de communication. Une fois ces points validés, procurez-vous le module central E80-xxxM2212S pour la production en série.

Foire aux questions (FAQ)

Q1 : Quelle est la principale différence entre E80-400M2212S et E80-900M2212S ?

A : La principale différence réside dans la bande de fréquences de fonctionnement sub-GHz prise en charge :

• E80-400M2212S : Fonctionne à 410-493 MHz (couvrant les bandes de lecture de compteurs chinoises de 433 MHz et 470 MHz).

• E80-900M2212S : Fonctionne à 850-930 MHz (couvrant les bandes 868 MHz de l'Europe, 915 MHz de l'Amérique du Nord, etc.).

• La bande 2,4 GHz (2400-2500 MHz) est identique pour les deux modules. Les circuits de référence sont également parfaitement identiques.

Q2 : Quelle est la différence entre E80-xxxM2212S et E80-xxxM2213S ?

A : Ces deux modules appartiennent à des générations différentes. Les principales différences résident dans la puce, les performances et le conditionnement.

• E80-xxxM2212S (sujet de cet article) : Basé sur la puce LR2021 (IP LoRa de quatrième génération), dimensions 26×16 mm.

• E80-xxxM2213S : Basé sur la puce LR1121 (IP LoRa de troisième génération), dimensions 26×16 mm.

• Principales différences : Le LR2021 de quatrième génération offre une sensibilité de réception supérieure (-142 dBm en bande sub-GHz contre -136 dBm pour le LR1121) ; le LR1121 présente une puissance d’émission légèrement supérieure à 2,4 GHz (13 dBm contre 12 dBm pour le LR2021). Le LR2021 prend également en charge le mode FLRC (jusqu’à 2,6 Mbit/s) et offre une meilleure tolérance aux décalages de fréquence.

Q3 : Comment puis-je commencer à évaluer rapidement ? Lequel devrais-je acheter ?

A : Il est fortement recommandé d'acheter d'abord le kit d'évaluation E80-xxxMBL-02 . Après le déballage, suivez les étapes suivantes :

1. Connectez le câble USB au PC (alimentation + communication série).

2. Installez le pilote CH340 (s'il n'est pas déjà installé).

3. Ouvrez l'assistant de port série XCOM et configurez les paramètres correspondants.

4. Transmission de données via le port série — deux cartes de développement peuvent assurer une transmission de données sans fil et transparente.

Conclusion : Commencez par acheter le kit d’évaluation (E80-xxxMBL-02) pour une vérification rapide. Une fois la vérification réussie, achetez les modules principaux (E80-xxxM2212S) en grande quantité pour la production en série.

Q4 : Le module peut-il réellement atteindre une portée de communication de 5 km (Sub-GHz) et de 2,2 km (2,4 GHz) ?

A : Ces données correspondent à des tests réalisés dans des conditions idéales (zone dégagée, antenne à gain élevé, hauteur d'antenne de 2,5 m, débit de données sans fil de 2,4 kbit/s). En pratique, veuillez tenir compte des facteurs d'atténuation suivants :

• Les obstacles à la visibilité (bâtiments, arbres, murs, etc.) réduiront considérablement la portée.

• La présence d'objets métalliques à proximité de l'antenne ou son placement à l'intérieur d'un boîtier métallique entraînera une forte atténuation du signal.

• L'absorption par le sol, la réflexion, l'absorption par l'eau de mer et d'autres facteurs environnementaux ont un impact significatif.

• Des réglages incorrects de la puissance et du débit de données sans fil affecteront également la portée.

Q5 : Quelle est la consommation électrique du module ? Quelle intensité de courant l’alimentation doit-elle fournir ?

A: La puce LR2021 présente d'excellentes caractéristiques de consommation d'énergie :

• Courant de veille : aussi faible que 470 nA (typique)

• Courant de réception (sub-GHz) : environ 5,7 mA

• Courant d'émission (sub-GHz à +22 dBm) : environ 105 mA

• Courant d'émission (sub-GHz à +14 dBm) : environ 27 mA

• Courant d'émission (sub-GHz à +10 dBm) : environ 12 mA

Recommandation : Utilisez une alimentation capable de fournir au moins 200 mA pour garantir un fonctionnement stable pendant les pics de transmission.

Q6 : Le module prend-il en charge le protocole LoRaWAN ?

R : Oui. La puce LR2021 est entièrement compatible avec le protocole LoRaWAN, aussi bien en Sub-GHz qu'en 2,4 GHz. Elle prend également en charge de nombreux autres protocoles, notamment Amazon Sidewalk, Sigfox BPSK, Wi-SUN FSK, Wireless M-BUS, Z-Wave, IEEE 802.15.4 (Thread/Zigbee O-QPSK) et Bluetooth LE 5.0 PHY. Cependant, le module E80-xxxM2212S étant un module RF matériel SPI pur, l'utilisateur doit implémenter la pile de protocoles sur son microcontrôleur hôte.

Q7 : Qu’est-ce que la modulation FLRC ? Pourquoi est-elle importante ?

A : FLRC (Fast Long Range Communication) est un nouveau mode de modulation introduit dans la puce LR2021 de quatrième génération. Il offre une amélioration significative de la vitesse par rapport à la modulation LoRa traditionnelle.

• Débit maximal FLRC : 2,6 Mbits/s

• Débit maximal LoRa traditionnel (LR2021) : 125 kbit/s

• Débit maximal LoRa traditionnel (générations précédentes) : 62,5 kbit/s

FLRC est idéal pour les applications nécessitant un débit de données plus élevé tout en conservant une capacité longue portée, telles que les mises à jour de firmware par voie hertzienne, la transmission d'images et la diffusion audio en continu.

Q8 : Quelle est la différence entre les kits d'évaluation E80-400MBL-02 et E80-900MBL-02 ?

A : Les deux kits d'évaluation diffèrent uniquement par leur module embarqué :

• E80-400MBL-02 : Livré avec le module E80-400M2212S (410-493 MHz Sub-GHz).

• E80-900MBL-02 : Livré avec le module E80-900M2212S (850-930 MHz Sub-GHz).

Les deux cartes d'évaluation sont compatibles avec les deux types de modules. Il est possible d'acheter un kit d'évaluation et de remplacer les modules selon les besoins. Le microcontrôleur, les interfaces et le logiciel de démonstration sont identiques.

Q9 : Quels outils et logiciels de développement sont fournis ?

A: EBYTE propose deux voies de développement :

1. Kit de développement logiciel personnalisé EBYTE (E80_DEMO) : basé sur Keil MDK, ce projet de démonstration simplifié est conçu spécifiquement pour la série E80. Il est idéal pour une prise en main rapide et la vérification des fonctionnalités de base.

2. Kit de développement logiciel (SDK) officiel de Semtech : basé sur VS Code, il s’agit du SDK d’usine original de Semtech. Il offre des fonctionnalités plus complètes et est plus proche de l’implémentation officielle.

Les deux kits de développement logiciel (SDK) incluent le code source pour la transmission et la réception de données sans fil, ainsi que des exemples de configuration.

Q10 : Comment dois-je procéder pour le choix et la disposition des antennes ?

A : Étant donné que le module possède des interfaces d'antenne indépendantes pour les bandes Sub-GHz et 2,4 GHz, veuillez noter :

• Antenne sub-GHz : Choisissez une antenne adaptée à votre fréquence de fonctionnement (par exemple, 433 MHz, 470 MHz, 868 MHz ou 915 MHz). Pour une portée maximale, utilisez une antenne fouet quart d’onde ou une antenne directionnelle à gain élevé.

• Antenne 2,4 GHz : Utilisez une antenne standard 2,4 GHz (par exemple, une antenne fouet 2,4 GHz, une antenne PCB ou une antenne céramique).

• Isolation : Maintenez une distance physique suffisante entre les deux antennes afin de minimiser le couplage mutuel. Une distance d’au moins λ/4 à la fréquence la plus basse est recommandée.

• Plan de masse : Assurez-vous d'avoir un plan de masse solide sous le module et les points d'alimentation de l'antenne.

Q11 : Ce module peut-il être utilisé pour les communications par satellite ?

R : La puce LR2021 prend en charge la bande S (1900-2200 MHz) pour les communications par satellite (SATCOM). Cependant, les modules E80-xxxM2212S, dans leur version actuelle, sont conçus pour les bandes ISM sub-GHz et 2,4 GHz. Pour les applications de communication par satellite, veuillez consulter EBYTE afin de connaître les variantes de modules et les exigences en matière d'antennes.

Q12 : Quelles certifications possède ce produit ?

A: Les produits EBYTE sont fabriqués selon des procédés sans plomb et sont conformes aux normes RoHS et REACH . Les modules font l'objet de tests rigoureux afin de garantir la constance et la fiabilité de chaque lot. Pour connaître les certifications régionales spécifiques (FCC, CE, etc.), veuillez contacter directement EBYTE.

Q13 : Comment le LR2021 se compare-t-il aux puces LoRa de génération précédente ?

A : Le tableau suivant résume les principales différences entre les quatre générations de propriété intellectuelle LoRa de Semtech :

Q14 : Puis-je utiliser ce module comme remplacement direct du SX1262 ou du SX1276 dans ma conception existante ?

R : Bien que le LR2021 soit rétrocompatible au niveau du protocole LoRa, il n'est pas compatible broche à broche avec les SX1262 et SX1276. Une refonte matérielle du circuit imprimé est donc nécessaire. Cependant, la configuration des registres SPI a été optimisée pour minimiser les efforts de migration logicielle. Semtech propose des guides de migration et le kit de développement logiciel EBYTE E80_DEMO peut servir de référence pour le portage.

Q15 : Quel est le boîtier du module et comment doit-il être soudé ?

A : Ce module utilise un boîtier CMS à trous estampés de dimensions 26,0 × 16,0 × 3,0 mm. Il est conçu pour le brasage par refusion. EBYTE recommande de suivre les profils de brasage par refusion sans plomb standard. Les crénelures sur les bords du module assurent des joints de soudure fiables et permettent une inspection visuelle après brasage.

Les modules LoRa bi-bande de la série E80 (E80-xxxM2212S) et les kits d'évaluation (E80-xxxMBL-02) incarnent une nouvelle approche des communications sans fil : la gestion simultanée des bandes de fréquences sub-GHz et 2,4 GHz sur une seule puce résout efficacement le problème de l'intégration multi-bande dans l'IoT. Grâce à leur format ultra-compact et leur compatibilité bi-bande, les modules de base permettent de réduire les coûts de production en série. Les kits d'évaluation offrent aux développeurs une plateforme de prototypage rapide et prête à l'emploi, accélérant ainsi la mise sur le marché des produits. Que vous développiez des compteurs intelligents, des capteurs industriels, des dispositifs IoT agricoles ou des passerelles domotiques, la série E80 constitue une solution sans fil bi-bande évolutive et économique.