AN-1268 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 使用ADF7241/ADF7242和Skyworks SE2431L的参考设计 作者：Mary O’Keeffe 简介 GFSK/FSK/GMSK/MSK调制方案。ADF7241是一款引脚兼 本 应 用 笔 记 描 述 采 用 ADI公 司 ADF7241/ADF7242和 容的专用IEEE 802.15.4-2006 2.4 GHz收发器。 Skyworks Solutions, Inc., SE2431L的参考设计。 关于SE2431L 关于ADF7241/ADF7242 Skyworks SE2431L是一款完全集成的RF前端模块(FEM)，设 ADF7242是一款高度集成的低功耗、高性能收发器，在全 计用于2.4 GHz应用。SE2431L设计具有易于使用和最大的灵 球通用的2.4 GHz ISM频段工作。其设计注重灵活性、鲁棒 活性，提供完全匹配的50 Ω输入和输出，同时集成级间匹 性、易用性和低功耗特性。在数据包和数据流两种模式 配、谐波滤波器和数字控制功能，兼容1.6 V至3.6 V CMOS 下，该IC均支持IEEE 802.15.4-2006 2.4 GHz PHY要求和专有 电平。 CTX TXEN_GP5 ADF7242 CPS RXEN_GP6 CPS CPS CSD ANT_SEL VDD_BAT CSD PAVSUP_ATB3 PABIAOP_ATB4 CONTROL LOGIC PA ANT_SEL PA ANT1 RFIO2P LNA RFIO2N BALUN FILTER TR ANT2 LNA RFIO1N LNA 图1. ADF7242左侧连接SE2431L右侧的功能框图 Rev. 0 | Page 1 of 12 SE2431L 11841-001 RFIO1P AN-1268 目录 简介..................................................................................................... 1 模式1到模式2或模式3的转换.................................................. 5 修订历史 ............................................................................................ 2 返回模式0的转换 ....................................................................... 5 一般工作和性能数据 ...................................................................... 3 参考评估板........................................................................................ 6 一般工作条件 .............................................................................. 3 原理图 ........................................................................................... 6 典型性能数据 .............................................................................. 3 物料清单....................................................................................... 7 工作模式 ............................................................................................ 4 ADF7241/ADF7242端口阻抗数据(RF102 RF端口) ............ 7 FEM模式之间切换 ..................................................................... 4 FEM控制逻辑典型时序................................................................... 8 模式0到模式1的转换 ................................................................. 5 修订历史 2013年10月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 12 AN-1268 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能。有关单个器件的性能详情请参考产品数据手册。 一般工作条件 表1. 一般工作条件 参数 电源电压范围 频率范围 温度范围 最小值/最大值 2.0/3.6 2400/2485 −40/+85 单位 V MHz °C 典型性能数据 图2. 典型性能数据 参数 最大发射功率 谐波1 +20 dBm输出功耗下的二次谐波 +20 dBm输出功耗下的三次谐波 接收机灵敏度 50 kbps 500 kbps 1 Mbps IEEE 802.15.4 功耗 Rx LNA旁路模式 Rx LNA开启 Tx输出功耗+20 dBm 饱和电平2 典型值 21.5 单位 dBm 条件 电源电压为3.3 V −54 −50 dBm dBm 传导性 传导性 −106 −100 −97 −100 dBm dBm dBm dBm 10−3 BER FSK (fDEV = 30 kHz) 10−3 BER GFSK (fDEV = 250 kHz) 10−3 BER GFSK (fDEV = 250 kHz) 1% PER 19.5 24.4 150 −29 mA mA mA dBm 0.1% BER，Rx LNA开启 本应用笔记中描述的ADF7242DB5Z参考设计输出功耗为+20 dBm，通过FCC Part 15.247辐射谐波认证前测试。 本应用笔记中的ADF7242DB5Z参考设计通过ETSI EN300 328第4.3.6和第4.3.7部分辐射杂散认证前测试。 2 对于接近或超过饱和电平的输入功率，选择LNA旁路模式。注意，它是SE2431L输入端的功率水平。 RSSI回读功能将反映ADF7241/ADF7242输入端的功率；应当考虑SE2431L LNA增益。其标称值为13 dB。 1 Rev. 0 | Page 3 of 12 AN-1268 工作模式 Skyworks FEM具有四种工作模式，如表3所列。FEM同样支持天线分集。表3和表4分别显示不同模式和天线选择的控制逻辑。 针对这些控制模式，表3和表4还显示了ADF7241/ADF7242和SE2431L之间的建议引脚连接。在这些表格中，左侧的引脚名称 为ADI器件引脚，右侧为Skyworks器件引脚。例如表3中的第三列，ADI公司的RXEN_GP6输出引脚驱动Skyworks CPS输入引脚。 表3. 模式配置 模式编号 0 1 2 3 RXEN_GP6 > CPS 0 0 1 X 模式描述 全部关闭(休眠模式) Rx旁路模式 Rx LNA模式 Tx模式 PAVSUP_ATB3 > CSD 0 1 1 1 TXEN_GP5 > CTX 0 0 0 1 表4. 天线选择 PABIAOP_ATB4 > ANT_SEL 0 1 模式描述 ANT1端口使能 ANT2端口使能 FEM模式之间切换 通过ADF7241/ADF7242的寄存器设置，使用建议的引脚连接，可控制FEM模式之间的切换。 表5. ADF7241/ADF7242寄存器控制FEM模式 寄存器1 0x100 0x31E 0x3A9 0x3AA 1 2 模式0(全部关闭) ANT1 0x00 2 0x07 0x14 0xF0 ANT1 0x08 0x17 0x14 0xF0 模式1(Rx旁路模式) ANT2 0x08 0x17 0x14 0xF1 ANT1 0x18 0x17 0x14 0xF0 模式2(Rx LNA模式) ANT2 0x18 0x17 0x14 0xF1 使用RXEN和TXEN控制FEM时，寄存器gp_cfg字段gpio_config不允许置位为0x7，因为它同样使用RXEN和TXEN。 对于模式0，寄存器0x100中的字段extpa_auto_en必须置位为0。该模式下，寄存器0x100中的rxen_en和txen_en 字段可能会被当成无关位来处理。因此，举例而言，在模式0下该寄存器可保持置位0x18。 Rev. 0 | Page 4 of 12 模式3(Tx模式) ANT1 ANT2 0x18 0x18 0x17 0x17 0x14 0x14 0xF0 0xF1 AN-1268 模式0到模式1的转换 返回模式0的转换 ADF7242的寄存器0x100、寄存器0x3A9和寄存器0x3AA应 收发机进入空闲状态后，寄存器0x31E自动复位至0x00， 当编程设置为空闲模式。寄存器0x31E必须编程设置为 ATB3/CSD变为低电平，使FEM进入模式0。本节提供两个 PHY_RDY模式。FEM保持模式0，直到寄存器0x31E编程 示例。 设 置 为 0x17； 之 后 ， 如 果 寄 存 器 0x3AA中 的 字 段 示例 extpa_bias_mode置位为0x0或0x1，则变为高电平。这使器 件转换为模式1。 正常配置ADF7241/ADF7242为空闲模式后： • 在空闲模式下，若要在外部LNA使能的情况下进入Rx模 模式1到模式2或模式3的转换 式并使用天线1，则执行下列SPI写操作： 若寄存器0x100中的rxen_en和txen_en字段设为高电平，则 • 0x190018 RXEN和TXEN在收发机分别进入Rx或Tx模式时自动转换 • 0x1BA914 为高电平，而在收发机退出Rx或Tx模式时再次转换为低电 • 0X1BAAF0 平。它支持模式1到模式2或模式3的转换，以及当收发机 • 0XB3 退出Rx或Tx模式时自动转回模式1。 • 0x1B1E17 若寄存器0x100中的rxen_en字段设为低电平且txen_en字段 设为高电平，则进入Tx时TXEN自动变为高电平，退出Tx 时返回低电平。RXEN保持低电平。当收发机进入Tx状态 • 0xB4 注意，退出Rx模式后，外部LNA自动禁用。 • 在空闲模式下，若要在进入Tx时使能外部PA并使用天 时，它支持自动转换为模式3，并在Tx结束时返回模式1； 线1，则执行下列SPI写操作： 但是在这种情况下，对于Rx，FEM将保持模式1。 • 0x190018 如果器件处于模式2，那么为了转换到模式1，同时保持在 Rx状态，就需要将寄存器0x32E置位为0x00。如果需要在 Rx状态下返回模式2，则将寄存器0x32E置位为0x40。 • 0x1BA914 • 0X1BAAF0 • 0XB3 • 0x1B1E17 • 0xB5 注意，退出Tx模式后，外部PA自动禁用。 Rev. 0 | Page 5 of 12 AN-1268 参考评估板 本节提供自行创建参考评估板所需的原理图和物料清单(BOM)，使您能够测试本应用笔记描述的参考设计。注意，本评估板 设计用于演示电路的能力、性能和兼容性。ADI公司不提供该硬件；但此处提供详细的原理图和物料清单，以支持用户设计 电路板。同时还提供布局布线的Gerber文件。注意，用户应遵循具体实施方案的最佳RF实践。 原理图 11841-002 图2. ADF7242 SE2431L参考评估板原理图 Rev. 0 | Page 6 of 12 AN-1268 物料清单 表6. ADF7242和SE2431L参考评估板BOM 数量 3 8 2 4 2 2 4 2 1 2 3 1 3 1 7 1 1 9 1 1 1 1 索引标识符 C1, C15, C18 C2, C3, C12, C13, C14, C17, C23, C25 C8, C10 C16, C21, C32, C33 C9, C11 C19, C20 C5, C22, C24, C28 C26, C27 C4 C6, C7 L1, L4, L6 L5 R1, R2, R10 R3 R11, R12, R13, R15, R16, R17, R18 R9 R14 C29, C30, C31, L2, R4, R5, R6, R7, R8 U1 U2 U3 Y1 数值 220 nF 27 pF 1 pF 1 pF 10 nF 18 pF 0.1 µF 8 pF 2.2 µF 10 pF 2.7 nH 9.5 nH 100 kΩ 27 kΩ 0Ω 1.2 kΩ 2.2 kΩ DNI 2.45 GHz 2.45 GHz 2.45 GHz 26 MHz 1 Y2 32 KHz 容差 10% 5% 10% ±0.25 pF 10% 5% 10% 0.5 pF 10% ±0.5 pF 5% 5% 1% 1% 1% ±5% ±5% PCB封装 0402 0402 0402 0402 0402 0402 0402 0402 0603 0402 0402 0402 0402 0402 0402 0402 0402 5 mm × 5 mm 0603 3 mm × 4 mm 3.20 mm × 2.50 mm 3.20 mm × 1.50 mm 制造商产品型号 LMK105BJ224KV-F C0402C270J5GACTU GRM1555C1H1R0BZ01D GRM1555C1H1R0CZ01 GRM155R71H103KA88D GRM1555C1H180JZ01D GRM155R71C104KA88D GRM1555C1H8R0DZ01D GRM188R71A225KE15D GRM1555C1H100JZ01 Coilcraft 0402CS-2N7X_JLU Coilcraft 0402CS-9N5X_JLU RC0402FR-07100KL MCR01MZPF2702 MCR01MZPJ000 ERA-2AED122X ERJ-2GEJ222X 勿插入 ADF7242 LFL182G45TC1A208 SE2431L NX3225SA-26.000000MHZ-G2 ABS07-32.768KHZ-7-T 注意，也可通过移除R5并在R4处插入0 Ω链接，或通过驱动主板上的ATB4引脚，从微控制器控制ANT_SEL。 ADF7241/ADF7242端口阻抗数据(RF102 RF端口) 注意下列端口阻抗数据： • LNA差分端口阻抗：101 −j99.6 • 最佳差分PA负载阻抗：87.35 +j70.5 Rev. 0 | Page 7 of 12 AN-1268 FEM控制逻辑典型时序 11841-003 下列曲线显示控制FEM工作信号的典型时序信息。 11841-004 图3. 从寄存器0x31E的寄存器写操作(最后SCLK边沿)到ATB3高电平(使能FEM)的时间 图4. 从RC_TX的命令写操作(最后SCLK边沿)到TXEN高电平的时间 Rev. 0 | Page 8 of 12 11841-005 AN-1268 11841-006 图5. 从tx_pkt_sent中断到TXEN低电平的时间 图6. 从RX Pkt接收(rx_pkt_rcvd)中断到RXEN低电平的时间 Rev. 0 | Page 9 of 12 11841-007 AN-1268 11841-008 图7. 从RC_RX的命令写操作(最后SCLK边沿)到RXEN高电平的时间(mac_delay定时器设为192 µs) 图8 从寄存器0x3AA的写操作(最后SCLK边沿)到ATB4低电平的时间 (从天线端口2切换到天线端口1) Rev. 0 | Page 10 of 12 11841-009 AN-1268 图9 从寄存器0x3AA的写操作(最后SCLK边沿)到ATB4高电平的时间 (从天线端口1切换到天线端口2) Rev. 0 | Page 11 of 12 AN-1268 注释 I2C指最初由Philips Semiconductors(现为NXP Semiconductors)开发的一种通信协议。 ©2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. AN11841sc-0-10/13(0) Rev. 0 | Page 12 of 12