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 Rev. A | Page 1 of 8 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 Rev. A | Page 2 of 8 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。 Rev. A | Page 3 of 8 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 Rev. A | Page 4 of 8 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 Rev. A | Page 5 of 8 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 Rev. A | Page 6 of 8 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 Rev. A | Page 7 of 8 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) Rev. A | Page 8 of 8