项目概述

本项目基于 Si24R1 2.4GHz 无线收发芯片设计了一个典型的射频发射/接收模块。该模块适用于低功耗无线通信场景，如遥控器、传感器网络、物联网设备等。原理图设计清晰，包含射频匹配网络、晶振电路、电源滤波电路及 SPI 接口连接器。

芯片简介

Si24R1

• 型号：Si24R1
• 类型：2.4GHz 单片式无线收发芯片
• 封装：QFN20（实际为 20+1 EP）
• 特性：
• • 支持 GFSK 调制
  • 低功耗模式
  • 内置功率放大器（PA）
  • SPI 接口控制
  • 适用于 ISM 频段应用

得捷（Digi-Key）采购链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/nordic-semiconductor-asa/NRF24L01-P-R7/735945

原理图说明

原理图

PCB

3D效果图

1. 原理图设计分析

原理图核心分为以下几个单元：

• 核心芯片 (U1): Si24R1，采用QFN-20封装，负责2.4GHz信号的调制、发射、接收与解调。
• 电源去耦电路 (C5, C6, C7): 采用33nF、1uF等多容量电容组合，为芯片不同电源引脚（VCC, VDD_PA, VDD_D）提供稳定的电源，滤除高频和低频噪声。
• 晶体振荡电路 (X1, C1, C2): 外接16MHz晶体振荡器（X1）与两个22pF负载电容（C1, C2），为芯片提供精准的时钟基准。
• 射频匹配与滤波网络 (L1, L2, L3, C3, C4, C8, C9): 这是设计的核心。
• • L1, C8, C9 构成天线的谐波抑制滤波器，确保发射频谱符合规范。
  • L2, L3, C3, C4 与芯片内部的晶体管共同组成不平衡变压器（Balun）和阻抗匹配网络，将芯片的差分射频输出（RFP, RFN）转换为单端信号，并实现与50Ω天线（ANT）的阻抗匹配，以最大化功率传输。
• 外部接口 (H1): 8引脚连接器，引出SPI总线（SCK, MOSI, MISO, CSN）、控制信号（CE, IRQ）及电源（VCC）。

2. PCB设计要点

射频电路的性能极度依赖PCB布局布线：

• 层叠与材质： 建议使用至少双面板，射频部分参考地平面必须完整。
• 射频走线： 连接L1, L2, L3, C8, C9的走线必须作为50Ω特征阻抗的微带线进行严格控制和优化，走线应短而直。
• 元件布局： 射频匹配网络元件应尽可能紧靠芯片的RFP和RFN引脚放置，减少寄生参数的影响。
• 接地： 芯片底部的散热焊盘（EP）必须良好接地，通过多个过孔连接到主地平面。
• 电源隔离： 为射频部分（如VDD_PA）的电源走线应适当加宽，并利用去耦电容和磁珠进行噪声隔离。

模块主要性能指标

管脚定义

模块通过8Pin连接器 H1 与主控MCU连接，其管脚定义如下：

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

心得体会

这次Si24R1射频模块设计让我深刻体会到，高频电路是理论与工艺的精密结合。每一个电感电容的选值、每一段走线的布局都直接影响性能。从原理图到PCB，是一次将数据手册参数转化为实际射频信号的过程，任何细节都不容忽视。