AN-1309:利用 ADF7023 和 RFFM6901 915 MHz ISM 频段收发模块 ( 带分集开关 ) 实现的一种范围扩展参考设计 (Rev. A) PDF

AN-1309
应用笔记
One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. • Tel: 781.329.4700 • Fax: 781.461.3113 • www.analog.com
利用ADF7023和RFFM6901 915 MHz ISM频段收发模块
(带分集开关)实现的一种范围扩展参考设计
作者:Stephen Hinchy
简介
针对客户希望扩大ADF7023 ISM频段收发器有效范围的情
这款收发器适合欧洲ETSI EN300-220、北美FCC (Part 15)、
况,本应用笔记描述了一种参考设计,可使整体链路预算
中国短程无线监管标准或其它类似地区标准下的电路应
增加近20 dB。在不受干扰限制的视线应用中,这相当于使
用。支持1 kbps至300 kbps的数据速率。
范围提高了大约6到7倍。
RFFM6901简介
该 设 计 由 ADI公 司 的 ADF7023收 发 器 和 RFMD公 司 的
RFFM6901是一款单芯片前端模块,适用于868 MHz和915 MHz
RFFM6901前端模块(FEM)构成,适用于902 MHz至928 MHz
ISM频段。RFFM6901解决了典型便携式设备RF前端设计大
ISM频段,符合FCC规范。
幅减小尺寸的需求,极大地减少了内核芯片组之外需要的
组件数量,从而减小了整个解决方案的尺寸,降低了组装
关于ADF7023
成本。RFFM6901集成一个1 W功率放大器、双端口分集天
ADF7023是一款超低功耗、高性能、高集成度的2FSK/GFSK/
线开关、带旁路模式的LNA和匹配组件。RFFM6901采用
OOK/MSK/GMSK收发器。设计工作范围为862 MHz至928 MHz
32引脚、6.0 mm × 6.0 mm × 1.2 mm超模压层压封装。
和431 MHz至464 MHz频段,覆盖全球免许可的433 MHz、
868 MHz和915 MHz ISM频段。
RFFM6901 DS
CTL4
CTL5
ATB1
CTL1
CTL3
LNA
BALUN
CTL2
LNA
PA2
CTL3
CTL4
图1. 功能框图
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12322-001
PA1
PA
ATB2
PA_VCC1
VDIG
ADF7023
PA_VCC2
VDD 4V
LNA_VCC
VDDRFBAT1
VDDRFBAT2
VDD 3.3V
AN-1309
目录
简介...................................................................................................... 1
参考设计描述 .................................................................................... 4
修订历史 ............................................................................................. 2
用ADF7023对RFFM6901进行模式控制.................................. 4
一般工作和性能数据 ....................................................................... 3
参考设计原理图和布局图 .............................................................. 5
一般工作条件 ............................................................................... 3
推荐的PCB布局 ........................................................................... 6
典型性能数据 ............................................................................... 3
物料清单 ............................................................................................. 7
FCC合规 ........................................................................................ 3
修订历史
2014年5月 — 修订版0至修订版A
更改表2 ............................................................................................... 3
2014年5月—修订版0:初始版
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AN-1309
一般工作和性能数据
本节描述这些器件共同使用时的一般工作条件和典型性
图2. 典型性能数据
能。有关单个器件的性能详情请参考产品数据手册。
参数
最大发射功率
30 dBm发射功率条件下
的谐波
二阶谐波
三阶谐波
四阶谐波
五阶谐波
接收机灵敏度
200 kbps
典型性能数据为8个不同的EVAL-ADF7023-RFFM6901修订
版C评估板在室温下的均值,其中,向ADF7023施加3.3 V电
压,向RFFM6901施加4 V电压。
一般工作条件
表1. 一般工作条件
参数
频率范围
电源电压、ADF7023
电源电压、RFFM6901
温度范围
最小值 典型值 最大值
902
928
3.3
4.0
−40
+85
件
MHz
V
V
°C
典型性能数据
全部测试结果均在测试板EVAL-ADF7023-RFFM6901修订
版C评估板上完成。
电流消耗
发射电流(30 dBm)
Rx
旁路
休眠
典型值
30
件
dBm
测试条件
−18
−43
−56
−65
dBm
dBm
dBm
dBm
传导性
传导性
传导性
传导性
−106.7
dBm
10−3 BER FSK (fDEV
50 kHz), 915 MHz
650
21
mA
mA
0.5
mA
FCC合规
在美国,902 MHz至928 MHz频段的跳频系统需要符合FCC
第15部分的规定。FCC第15.247部分规定,在使用至少50
个跳频通道时,跳频通道的20 dB带宽小于250 kHz,并且任
何频率在20秒期间的平均占用时间不大于 0.4秒时,最高传
输功率可为1 W (30 dBm)。
本应用笔记描述的参考设计在+30 dBm输出功率下,通过了
FCC第15.247部分规定的辐射谐波预合规测试。测试在100 kbps
和300 kbps下进行,每100毫秒传输255字节数据包。未使用
外部SAW滤波器。对于RF其他数据速率、包长度,或者对
参考设计的布局做出更改的情况下,可能要使用RF屏蔽。
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AN-1309
参考设计描述
参考设计由ADI的ADF7023和RFMD的RFFM6901前端模块
用ADF7023对RFFM6901进行模式控制
构成。该设计适用于915 MHz ISM频段,能够提供+30 dBm
本参考设计支持多种模式,具体取决于用户需求。表3对
的输出功率,并能提高接收器的灵敏度。借助这种特定配
这些模式和设置进行了总结。RFFM6901的主要工作模式
置,您可以选择多种不同的模式。
是通过ADF7023 ATB端口进行控制的,因而缓解了主处理
在本参考设计中,+30 dBm发射功率条件下的默认电源连接
如下:
• ADF7023通过VDDBAT1和VDDBAT2引脚提供3.3 V电源。
• RFFM6901的LNA_VCC引脚同样以3.3 V供电。
• RFFM6901的VDIG、PA_VCC1和PA_VCC2引脚以4 V供电。
器上的负载。CTL 5选择低或高偏置,而CTL2则是发射/接
收选择。这些分别通过ATB 1和ATB 2控制。CTL3开启或关
闭LNA,CTL4为关断引脚;这些引脚可以通过主机处理器
GPIO进行控制。如果不需要接收旁路,则可通过一个电阻
将CTL 3连接到CTL2。CTL1为天线选择引脚,在本设计中
接地,这是针对单天线工作模式配置的。表3描述了各种
然而,如果需要+27 dBm发射功率,则可以同时将共用型
不同的模式及其控制方式,包括适当情况下来自ADF7023
3.0 V至3.3 V电源连接到ADF7023和RFFM6901电源引脚。有
的写操作。
关 RFFM6901在 这 种 模 式 下 工 作 的 更 多 信 息 , 请 参 阅
CTL2和CTL5通过ADF7023 ATB 1和ATB 2 GPIO进行控制。
RFFM6901数据手册。
这些引脚的配置详见ADF7023数据手册。总之,寄存器
对于本参考设计,建议在接收模式下,使用RFFM6901的
0x139第7位控制这些引脚处的逻辑电平驱动。在本设计
高偏置模式,在发射模式下,使用低偏置模式。有关参考
中,建议将其设为3.3 V;这是通过写入0x139 = 0x00实现的。
设计这些工作模式的配置方式,请参阅下小节的内容。同
寄存器0x11A配置ATB1和ATB2的逻辑表,并且一旦设置完
时提供其他工作模式(见表3),详见RFFM6901数据手册。
毕,ADF7023状态将控制这些引脚处的逻辑高电平或低电
平。因此,一旦ADF7023的寄存器0x139和寄存器0x11A配
置完成后,RFFM6901的状态将由ADF7023控制。详见表3。
表3. 模式控制
系统状态
关断/休眠
发射1(高增益)
RFFM 6901
状态
关断模式
发射高偏置
ADF7023
状态
休眠
PHY_Tx
发射2(低增益)
发射低偏置
PHY_Tx
接收1(高增益)
接收高偏置
PHY_Rx
接收旁路
接收旁路
PHY_Rx
ADF7023寄存器设置
无关
0x139 = 0x00且
0x11A = 0x43
0x139 = 0x00且
0x11A = 0x42
0x139 = 0x00且
0x11A = 0x42/43
0x139 = 0x00且
0x11A = 0x42/43
CTL2和CTL5(通过寄存器设置和
ADF7023状态控制)
无关
CTL2 = 低;CTL5 = 高
CTL3
无关
低
CTL4
低
高
CTL2 = 低;CTL5 = 低
低
高
CTL2 = 高;CTL5 = 低
高
高
CTL2 = 高;CTL5 = 低
低
高
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C10
CTL2
C11
CTL3
R5
C12
CTL4
PA_VCC1
CTL5
C4
CTL4
CTL3
CTL2
CTL1
GND
NC
GND
RFIO
C8
C18
RFFM6901
GND
V_D IG
GND
NC
CTL5
CTL4
C113
C7
R13
GND
P2
PA2_IN
VDD_RF_B AT
GND
GND
ANT2
GND
ANT1
GND
PA_VCC2
PA_VCC1
GND
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HDR_1X10
C16
P1-3
C23
L2
C6
C112
C66
C2
PA_VCC2
C42
L3
C20
C19
L5
C111
C65
C115
C27
L1
ANT2
C30
NC
ATB4
R8
C34
C62
XTL
P4
P5
C35
1
2
3
1
2
3
CTL5
ADF7023
R9
CTL2
VDD_RF_BA T
VCOGUA RD
C33
VDD_BAT
RFO 2
RFIO_1N
RFIO_ 1P
VDD _RF2
RBIAS
PA_VCC1
C14
ADC IN_ATB3
VDD_SYNTH
L4
R12
C15
VDDBAT1
CSYNTH
C26
PA1_OUT
OSC 32KN_ATB2
XOS C26P
C24
PA1_IN
LN A_VCC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HDR_1X10
GND
LNA_BIAS
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LN A_IN
图2. 原理图
ASW_RX
OSC KP_G P5_ATB1
XOS C26N
ADCVREF
VDD_VCO
VDDIG
DGUARD
CSN
C37
R15
R16
CTL4
CTL3
PA_VCC2
R3
VDD_RF_B AT
C2
PA_VCC1
GP 0
GP 1
GP 2
IRQ_GP 3
MISO
SCLK
MOSI
GP 4
VDDIG
VDD_RF1
GND
P2
C1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
HDR_1X20
P3
AN-1309
参考设计原理图和布局图
完整的参考设计包可从ADI网站下载,其中包括Gerber文件、电路原理图、制造笔记和物料清单(BOM)。
12322-002
AN-1309
推荐的PCB布局
12322-003
图3和图4所示为推荐的PCB布局。Gerber文件可通过ADI网站下载。
12322-004
图3. PCB布局图
图4. 元件布局图
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AN-1309
物料清单
表4. 元件列表
名称
数值
容差
PCB封装
SMD
层
制造厂商
产品型号
C1
C2
C4
C6
C7
C8
C10
C11
C12
C15
C16
C18
C19
C20
C23
C24
C26
C27
C28
C30
C33
C34
C35
C37
C42
C62
C65
C66
C111
C112
C113
C115
J2
L1
L2
L3
L4
L5
P1
P2
P3
P4
P5
R1
R3
R4
DNI
3.3 pF
0.1 µF
1 nF
1 nF
1 nF
1 nF
1 nF
1 nF
100 pF
220 nF
56 pF
2.7 pF
1.2 pF
220 nF
220 nF
10 µF
100 pF
220 nF
220 nF
220 nF
18 pF
18 pF
220 nF
10 µF
150 nF
220 nF
100 pF
0.1 µF
0.1 µF
0.1 µF
1 nF
无
无
±5%
±10%
±10%
±10%
±10%
±10%
±10%
±5%
±10%
±5%
±0.25
±0.25
±10%
±10%
±20%
±5%
±10%
±10%
±10%
±5%
±5%
±10%
±20%
±10%
±10%
±5%
±5%
±5%
±5%
±10%
47 nH
7.5 nH
12 nH
6.2 nH
7.5 nH
±5%
±5%
±5%
±5%
±5%
DNI
DNI
DNI
±1%
±1%
±1%
C0402
C0402
C0402
C0201
C0201
C0201
C0201
C0201
C0201
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0603
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0603
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0402
C0201
SMA_CARD_EDGE_RF
L0402
L0402
L0402
L0402
L0402
SKT10_1.27MM
SKT10_1.27MM
SKT20_1.27MM
SIP-3P-RA_SMD
SIP-3P-RA_SMD
R0201
R0402
R0402
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
是
无
无
无
是
是
是
是
是
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
底层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
底层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
底层
底层
底层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
无
Murata
Murata
TDK
TDK
TDK
TDK
TDK
TDK
Murata
Murata电子
Murata
Murata
Murata
Murata电子
Murata电子
Johanson
Murata
Murata电子
Murata电子
Murata电子
Murata
Murata
Murata电子
Johanson
Murata电子
Murata电子
Murata
Murata
Murata
Murata
TDK
Johnson元件
Coilcraft
Coilcraft
Coilcraft
Coilcraft
Coilcraft
Samtec
Samtec
Samtec
Sullins
Sullins
无
无
无
无
GRM1555C1H3R3CA01D
GRM155R71C104KA88D
C0603X7R1E102K030BA
C0603X7R1E102K030BA
C0603X7R1E102K030BA
C0603X7R1E102K030BA
C0603X7R1E102K030BA
C0603X7R1E102K030BA
GRM1555C1H101JZ01D
GRM155R61A224KE19D
GRM1555C1H560JD01D
GRM1555C1H2R7CZ01D
GRM1555C1H1R2CZ01D
GRM155R61A224KE19D
GRM155R61A224KE19D
6R3R14X106MV4T
GRM1555C1H101JZ01D
GRM155R61A224KE19D
GRM155R61A224KE19D
GRM155R61A224KE19D
GRM1555C1H180JZ01D
GRM1555C1H180JZ01D
GRM155R61A224KE19D
6R3R14X106MV4T
GRM155R61A154KE9D
GRM155R61A224KE19D
GRM1555C1H101JZ01D
GRM155R71C104KA88D
GRM155R71C104KA88D
GRM155R71C104KA88D
C0603X7R1E102K030BA
142-0711-821
0402CS-47NXJL
0402CS-7N5XJL
Coilcraft 0402CS-12NXJL
Coilcraft 0402CS-6N2XJL
Coilcraft 0402CS-7N5XJL
SFM-105-02-S-D-A
SFM-105-02-S-D-A
SFM-110-02-S-D-A
GEC36SGSN-M89
GEC36SGSN-M89
无
无
无
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AN-1309
名称
数值
容差
PCB封装
SMD
层
制造厂商
产品型号
R5
R8
R9
R12
R13
R15
R16
U1
U2
Y1
0r
0r
0r
36 k
DNI
100 k
0r
±1%
±1%
±1%
±1%
N/A
±1%
±1%
R0402
R0402
R0402
R0402
R0402
R0402
R0402
LFCSP-32
LGA、32引脚6 mm × 6 mm
XTAL-SMD-3_2-2_5MM
是
是
是
是
是
是
是
是
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
顶层
是
顶层
Rohm
Rohm
Rohm
Rohm
无
Rohm
Rohm
ADI公司
RFMD
NDK
MCR01MRTJ000
MCR01MRTJ000
MCR01MRTJ000
MCR01MZPF3602
无
MCR01MZPF1003
MCR01MRTJ000
ADF7023-LFCSP32
RFFM6901
NX3225SA-26.000000MHZ-G2
26 MHz
©2014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and
registered trademarks are the property of their respective owners.
AN12322sc-0-5/14(0)
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