AN-1182 应用笔记 One Technology Way • P.O. 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NOISE –6 0 Rx DATA = 1010.... 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 TIME (Bits) 图1. LO稳态误差 11388-001 时钟和数据恢复(CDR) FREQUENCY ERROR (kHz) 0 AN-1182 LIMITER MIXER LNA MIXER IF FILTER LIMITER CORRELATOR DEMODULATOR LPF Rx DATA SLICER POSTDEMODULATOR BANDWIDTH Cos 2πf Rx CLK Sin 2πf LINEAR DEMODULATOR LPF ÷2 ENVELOPE DETECTOR PEAK + + + PI CONTROL LOOP FRACTIONAL AFC KI VALUE BANDWIDTH LEAK FREQUENCY ERROR – TARGET FREQUENCY 11388-002 FRACTIONAL-N FREQUENCY SYNTHESIZER CDR MUX KP 图2. 功能框图 AFC环路概述 注意，峰值和泄漏设置为零时，初始响应(t = 0和t = 32之间) 图2显示了AFC环路的功能框图。 相当快，但走线的斜率类似，因为这主要取决于PI控制环 在AFC使能的状态下，会使用包络检波器估算接收信号的 路。这样做会增加LO稳态误差。 中心频率。理想情况下，这会按连续的1010...前同步码序 通过设置Register14_DB[27:31] = 0和Register15_DB[4:7] = 9可 列执行。接收信号的此估算值随后会与目标频率进行比 将ED_PEAK_RESPONSE和ED_LEAK_FACTOR设置为零。 1 误差信号通过一个比例积分(PI)控制环路进行传递，输出 0 会调节小数N分频频率合成器。整体AFC环路响应主要由 包络检波器和PI控制环路的组合决定。下面几部分将详细 说明它们的影响。 包络检波器 包络检波器的功能是在有噪声的情况下跟踪接收信号的中 心频率(载波)，同时承受具有可变游程长度限制(RLL)的接收 FREQUENCY ERROR (kHz) 较，由此生成误差信号。 PREAMBLE –1 –2 PEAK/LEAK = DEFAULT KI = 11, KP = 4 –3 PEAK = 0, LEAK = 0 KI = 11, KP = 4 –4 –5 –6 和ED_LEAK_FACTOR。 0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 TIME (Bits) 图3显示了在采用默认峰值/泄漏设置和参数设置为零的情 况下LO对1010…前同步码序列的平均响应。开始时，LO 偏置为具有−5 kHz的失调。 Rev. 0 | Page 4 of 8 图3. 峰值和泄漏设置的影响 11388-003 数据。包络检波器的时间响应取决于ED_PEAK_RESPONSE AN-1182 PI控制器 SWD选择的影响 AFC环路的比例和积分增益在Register10_DB[17:23]中控 随着AFC环路响应的提升，SWD中的LO漂移会非常显著。 制。响应主要取决于集成式增益元件KI。图4和图5显示了 图6显示了LO对典型SWD的响应。在成功接收到SWD之 KI和KP如何影响LO对1010…前同步码信号的响应。随着 后，AFC环路就会锁定。收到SWD时，在位160处观察到 KI降低，上升时间也缩短，但开始出现一些过冲情况。 LO漂移。在RLL = 5且环路针对快速响应而优化的情况下， 从图5中可以清楚看到，比例增益元件KP的影响相较于KI 漂移可以高达±1 kHz。由于CDR正对位的中心进行采样，因 而言极其微小。但是，将值减小为KP = 2可以减少因为降低 KI而造成的过冲。尽管这只是微小的改进，但已发现这样 做能在使用较短的前同步码的情况下改善PER。 此能够以较高的Rx功率承受数据包中SWD部分的某些LO 漂移。然而，根据LO漂移的幅度，接收机灵敏度可能会有 所降低。为此，建议最大限度地降低SWD的RLL。图6中AFC 环路的锁定位置突出强调了需要直流平衡的最终4位SWD。 为确保AFC环路的稳定性，建议设置KI ≥ 8且KP ≥ 2。 建议在成功接收到SWD之后将AFC环路锁定。这样可确保 图5中的红色曲线表示完全优化的LO响应。这些设置和表2 中所用的设置相同。采用这些设置时，在大约2个字节的 前同步码之后会实现稳态。CDR环路需要16位跃迁，以便 与接收的信号持续同步(接收的信号需要额外2个字节的前 能 够 在 数 据 包 的 有 效 载 荷 部 分 承 受 较 长 的 RLL。 设 置 Register12_DB[4:5] = 2并从SWD末尾根据特定时间数据包长 度(DPL)保持AFC环路的锁定状态，由此即可在片内实现 上述目的。在Register12_DB[8:15]中配置DPL。 同步码)。 2 PREAMBLE 2 FREQUENCY ERROR (kHz) –1 –2 –3 KI KI KI KI –5 –6 0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 TIME (Bits) PREAMBLE 0 –1 –2 –3 –5 –6 0 = 8, KP = 2, = 8, KP = 2, = 8, KP = 3, = 8, KP = 4, PEAK/LEAK = 0 PEAK/LEAK = DEFAULT PEAK/LEAK = DEFAULT PEAK/LEAK = DEFAULT 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 TIME (Bits) 11388-005 FREQUENCY ERROR (kHz) 1 图5. KP的影响 Rev. 0 | Page 5 of 8 AFC LOCKED –3 –4 KI = 8, KP = 2, RLL = 5 KI = 8, KP = 2, RLL = 2 KI = 11, KP = 4, RLL = 5 0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 TIME (Bits) 图6. SWD RLL的影响 图4. KI的影响 KI KI KI KI LO DRIFT –2 –6 2 –4 –1 –5 = 8, KP = 4, PEAK/LEAK = DEFAULT = 9, KP = 4, PEAK/LEAK = DEFAULT = 10, KP = 4, PEAK/LEAK = DEFAULT = 11, KP = 4, PEAK/LEAK = DEFAULT 11388-004 FREQUENCY ERROR (kHz) 0 0 11388-006 PREAMBLE 1 –4 SWD PAYLOAD 1 AN-1182 其它的考虑 表3. 性能示例 接收信号的占用带宽接近接收机IF滤波器的带宽时，AFC 环路的灵敏度会降低。这种情况下，可能需要通过更长的 数据速率 (kbps) Fdev (kHz) 灵敏度1% PER (dBm) 前同步码 (字节) 前同步码恢复信号。 1.2 1.2 −116 4 对ADF7021有数据速率容差要求。实际传输的数据速率必 2.4 2.4 −115 4 须在所需接收机数据速率的±2 %范围内。应用笔记AN-915 2.4 1.2 −114.5 4 中有更详细的说明。 4.8 4.8 −114 4 考虑AFC环路时，参考振荡器容差很重要。晶振中的误差 4.8 2.4 −113.5 4 会导致工作RF频率出现误差。此误差会按比例随着工作频 9.6 4.8 −112 5 率一起增大。例如，10 MHz晶振中的5 ppm误差会在晶振 表4. 实现表3性能所需的配置 基频中生成50 Hz的误差。在868 MHz条件下，此误差会倍 XTAL (MHz) 19.68 AFC BW (kHz) ± 4.5 在AFC开启的情况下，无法使用AFC回读功能。 频率误差(kHz) ±4 通过使用更短的SWD或将匹配误差容差设置为> 0，可以提 IFBW (kHz) 18.5 高接收机灵敏度。此设置可以在Register 11_DB[6:7]中进行。 解调器 相关器 利用错误SWD检测找出最佳设置时需要进行权衡。注意， 调制 GFSK (0.5) 在下一个SWD设置之后的锁定阈值使能的情况下，错误 SWD锁定阈值 是 SWD检测将AFC环路锁定，持续时间为可编程的DPL。 SWD D4C95A 匹配误差容差 0 增为4.34 kHz。与433 MHz相比，RF误差为2.165 kHz。 ADIsimSRD Design Studio提供了计算器来确定错误SWD检测 的可能性。可从ADF7021产品页面下载此工具。 KI 8 对片内CDR采取旁路措施可从接收机灵敏度和CDR建立时 KP 2 间方面实现进一步的改善。要做到这一点，可将分隔器输 峰值 0 泄漏 0 出带到主机微处理器上并实施自定义CDR算法。通过设置 Register15_DB[4:7]，可将分隔器数据输出到TxRxData引 脚。对片内CDR采取旁路措施后，通过提高CDR时钟的速 为实现最小前同步码长度而优化AFC环路所需的步骤 度还可以进一步加快AFC环路响应速度。 本应用笔记中建议的配置可能不适用于某些系统，包括那 配置示例 统为实现最小前同步码长度而优化环路。实施此方案时， 表3显示了使用表4所示设置时测量到的Rx灵敏度性能。其 假定用户拥有能够执行PER测试的测量设置。 些MI < 1的系统。图7为建议的流程图，适用于针对此类系 中提到的接收机灵敏度是整个受测频率误差范围内最差的 情形。表1中的测量是在SWD中RLL = 2的情况下进行的。这 不是一种限制，如有必要，可以使用更长的游程长度。 Rev. 0 | Page 6 of 8 AN-1182 SET UP PART WITH DEFAULT AFC SETTINGS (TABLE 1) END. FAIL2 YES DO PER TEST WITH PREAMBLE = X BYTES1 NO GOOD PER PERFORMANCE? PREAMBLE = 20? NO INCREASE PREAMBLE YES SET PEAK/LEAK = 0. REPEAT PER TEST NO NO GOOD PER PERFORMANCE? IS LEAK = 3? YES INCREASE LEAK YES REDUCE PREAMBLE GOOD PER YES PERFORMANCE? NO SET PEAK/LEAK = DEFAULT REDUCE KI/KP3 NO NO GOOD PER PERFORMANCE? IS KI = 8 AND KP = 2? YES YES REDUCE PREAMBLE END. AFC LOOP FULLY OPTIMIZED YES GOOD PER PERFORMANCE? NO 11388-007 NOTES 1. FOR SETUPS WHERE AFC OPTIMIZATION IS THE GOAL, SET X TO THE CURRENT VALUE OF PREAMBLE BEING USED IN THE SYSTEM AND FOLLOW THE STEPS. WHERE AFC IS BEING SWITCHED ON, X = 12 BYTES IS A RECOMMENDED STARTING POINT. IN BOTH INSTANCES, THE PREAMBLE MAY NEED TO BE INITIALLY INCREASED BEFORE EVENTUALLY OPTIMIZING. 2. SOME OTHER COMPONENT OF THE SYSTEM IS CAUSING INCOMPATIBILITY WITH AFC. THIS CANNOT BE OVERCOME BY CHANGES TO THE AFC LOOP OR BY INCREASING PREAMBLE. 3. IT IS RECOMMENDED TO REDUCE KI FIRST AS ITS EFFECT ON THE SETTLING SPEED IS MORE SUBSTANTIAL THAN KP. SEE PI CONTROLLER SECTION FOR MORE DETAILS. 图7. 为找出最佳AFC设置而建议采取的步骤 图7包含三个编号标签(1、2和3)。对于标签1，注意，如果 标签2指出系统的其他一些元件导致与AFC不兼容。通过 是以AFC优化为目标的设置，请将X设置为系统中正使用 更改AFC环路或增加前同步码长度并不能解决此问题。 的前同步码的当前值，然后按步骤操作。AFC正开启的情 况下，建议以X = 12字节为起点。在两种情况下，最终优化 之前可能都需要先增加前同步码长度。 对于标签3，建议先降低KI，因为它对建立速度的影响比 KP更显著。有关详情，请参见“PI控制器”部分。 Rev. 0 | Page 7 of 8 AN-1182 注释 ©2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. AN11388sc-0-3/13(0) Rev. 0 | Page 8 of 8