EVAL-ADF7241DB1Z

低功耗IEEE 802.15.4 零中频2.4 GHz收发器IC ADF7241 特性 频率范围(全球ISM频段) 2400 MHz至2483.5 MHz 兼容IEEE 802.15.4-2006 (250 kbps) 低功耗 接收模式：19 mA(典型值) 发射模式：21.5 mA(典型值)(PO = 3 dBm) 32 kHz晶振唤醒模式：1.7 μA 高灵敏度 −95 dBm (250 kbps) 可编程输出功率 −20 dBm至+4.8 dBm，2 dB步长 集成稳压器 输入电压范围：1.8 V至3.6 V 出色的接收机选择性和抗阻塞能力 零中频架构 符合EN300 440 Class 2、EN300 328、FCC CFR47 Part 15、ARIB STD-T66标准 数字RSSI测量 快速自动VCO校准 自动RF频率合成器带宽优化 片内低功耗处理器执行 无线电控制 数据包管理 数据包管理支持 前同步码地址/SFD/FCS的插入和检测 IEEEE 802.15.4-2006帧滤波 IEEEE 802.15.4-2006 CSMA/CA非时隙模式 灵活的256字节发射/接收数据缓冲器 SPORT模式 灵活的多RF端口接口 外部PA/LNA支持硬件 支持开关天线分集 唤醒定时器 外部元件极少 集成PLL环路滤波器、接收/发射开关、电池监控器、温度 传感器、32 kHz RC和晶振 支持块读取/写入操作的灵活SPI控制接口 小尺寸封装：5 mm x 5 mm 32引脚LFCSP 应用 无线传感器网络 自动抄表/智能计量 工业无线控制 医疗保健 无线音频/视频 消费类电子设备 ZigBee 功能框图 ADF7241 8-BIT PROCESSOR DAC LNA1 DSSS DEMOD ADC RADIO CONTROLLER LNA2 ADC AGC OCL CDR DAC PACKET MANAGER 4kB PROGRAM ROM 2kB PROGRAM RAM 256-BYTE PACKET RAM 64-BYTE BBRAM 256-BYTE MCR LDO × 4 BIAS BATTERY MONITOR PRE-EMPHASIS FILTER WAKE-UP CTRL TEMPERATURE SENSOR 26MHz OSC 32kHz RC OSC 32kHz XTAL OSC SPI GPIO SPORT IRQ 09322-001 FRACTIONAL-N RF SYNTHESIZER PA 图1 Rev. 0 Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提 供的最新英文版数据手册。 ADF7241 目录 特性.....................................................................................................1 自动发射-接收周转模式 ..........................................................37 应用.....................................................................................................1 IEEE 802.15.4帧滤波、自动应答和自动CSMA/CA ...........37 功能框图 ............................................................................................1 接收机无线功能模块 ................................................................39 修订历史 ............................................................................................2 SPORT接口 .....................................................................................40 概述.....................................................................................................3 SPORT模式..................................................................................40 技术规格 ............................................................................................5 器件配置 ..........................................................................................41 通用规格 ........................................................................................5 配置值 ..........................................................................................41 RF频率合成器规格......................................................................5 RF端口配置/天线分集..................................................................42 发射机规格....................................................................................6 辅助功能 ..........................................................................................43 接收机规格....................................................................................6 温度传感器..................................................................................43 辅助规格 ........................................................................................8 电池监控器..................................................................................43 功耗规格 ........................................................................................9 唤醒控制器(WUC) ...................................................................43 时序和数字规格...........................................................................9 发射测试模式 .............................................................................44 时序图 ..........................................................................................11 串行外设接口(SPI) .......................................................................45 绝对最大额定值.............................................................................15 通用特性 ......................................................................................45 ESD警告 .......................................................................................15 命令访问 ......................................................................................45 引脚配置和功能描述 ....................................................................16 状态字 ..........................................................................................45 典型工作特性 .................................................................................18 存储器映射......................................................................................47 术语...................................................................................................22 BBRAM.........................................................................................47 无线电控制器 .................................................................................23 调制解调器配置RAM (MCR).................................................47 休眠模式 ......................................................................................25 程序ROM.....................................................................................47 RF频率合成器.................................................................................26 程序RAM .....................................................................................47 RF频率合成器校准....................................................................26 数据包RAM.................................................................................47 RF频率合成器带宽....................................................................27 存储器访问......................................................................................49 RF通道频率编程 ........................................................................27 写入ADF7241..............................................................................50 参考晶振 ......................................................................................27 读取ADF7241..............................................................................50 发射机 ..............................................................................................28 可下载的固件模块 ........................................................................53 发射工作模式 .............................................................................28 中断控制器......................................................................................54 IEEE 802.15.4自动接收-发射周转模式..................................30 配置...............................................................................................54 功率放大器..................................................................................30 中断源描述..................................................................................55 接收机 ..............................................................................................33 应用电路 ..........................................................................................56 接收操作 ......................................................................................33 寄存器映射......................................................................................60 接收机校准..................................................................................33 外形尺寸 ..........................................................................................71 接收时序和控制.........................................................................35 订购指南 ......................................................................................71 空闲信道评估(CCA) ................................................................36 链路质量指示(LQI) ..................................................................36 修订历史 2011年1月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 72 ADF7241 概述 ADF7241是一款高集成度、低功耗、高性能收发器，在全 下，数据包管理器可以在接收到有效SFD时检测和产生一 球通用的2.4 GHz ISM频段工作。其设计注重灵活性、鲁棒 个MCU中断，并将所接收的有效载荷数据存储在数据包 性、易用性和低功耗特性。在数据包和数据流两种模式 RAM中。发射和接收数据包RAM空间共有256字节，用于 下，该IC均支持IEEE 802.15.4-2006 2.4 GHz PHY要求。而 从主机MCU处理速度中分离出无线数据速率。因此， 且只需极少的外部元件，该器件就能达到下列标准：FCC ADF7241数据包管理器可以减轻主机MCU的处理负担，并 CFR47 Part 15、ETSI EN 300 440(2类设备)、ETSI EN 300 降低整体系统功耗。 328 (FHSS, DR > 250 kb/s)、ARIB STD T-66。 此外，对于要求数据流的应用，该器件通过同步双向串行 ADF7241符合IEEE 802.15.4-2006 2.4 GHz PHY要求，可提供 端口(SPORT)提供Bit级的输入/输出数据，并且可以与多种 250 k b p s 的 固 定 数 据速率和D SS S-O Q PS K 调制功能。 DSP直接接口，如ADSP-21xx、SHARC®、TigerSHARC®、 ADF7241的发射路径基于一个使用低噪声小数N分频RF频 Blackfin®等。SPORT接口可供选用。 率合成器的直接闭环VCO调制方案。该VCO能够自动校 处理器还允许下载和执行一组固件模块，其中包括IEEE 准，工作频率是基频的两倍，因而可减少杂散发射并避免 802.15.4自 动 模 式 ( 如 节 点 地 址 过 滤 等 ) 和 非 时 隙 PA牵引效应。RF频率合成器的带宽自动针对发射和接收 操作而优化，以实现最佳的相位噪声、调制质量和频率合 成器建立时间性能。发射机输出功率可以在−20 dBm至+4 dBm范围内进行编程，且自动PA斜坡能力可满足瞬时杂散 性能要求。该IC还集成一个偏置和控制电路，可大大简化 与外部PA的接口。 CSMA/CA。ADI公司提供这些固件模块的执行代码。 为了进一步优化系统功耗，ADF7241集成了一个低功耗32 kHz RC唤醒振荡器，后者在收发器活动时，依据26 MHz 晶振进行校准。对于要求高度精确唤醒定时的应用，也可 以利用集成的32 kHz晶振作为唤醒定时器。该IC上有一个 带备用电池的RAM(BBRAM)，当IC处于休眠状态时，该 接收路径基于零中频架构，提供非常高的抗阻塞和选择性 能力，这对于2.4 GHz频段等存在严重干扰的环境至关重 要。此外，该架构不受镜像通道中阻塞器抑制性能下降的 影响，而这在低中频接收机中非常常见。该IC采用1.8 V至 3.6 V的电源电压工作，接收和发射模式下的功耗非常低， 且RF性能极佳，特别适合电池供电系统。 ADF7241具有一个灵活的双端口RF接口，除了支持开关天 RAM可以保存IEEE 802.15.4-2006网络节点地址。 ADF7241还具有一个非常灵活的中断控制器，后者可以向 主机MCU提供MAC级和PHY级中断。该IC配有一个SPI接 口，支持突发模式数据传输，可实现高数据吞吐效率。该 IC还集成了一个带数字回读功能的温度传感器和一个电池 监控器。 线分集以外，该接口还能配合外部LNA和/或PA使用。 ADF7241集成了一个功耗极低的定制8位处理器，可支持许 多收发器管理功能。这些功能由处理器的两个主要模块处 理：无线电控制器和数据包管理器。 无线电控制器管理IC在各种工作模式和配置下的状态。主 机MCU可以使用单字节命令与无线电控制器接口。在发射 模式下，可以将数据包管理器配置为向片内数据包RAM中 存储的有效载荷数据添加前同步码和SFD。在接收模式 Rev. 0 | Page 3 of 72 ADF7241 ADF7241 DAC LNA1 ADC RFIO1P 8-BIT PROCESSOR DSSS DEMOD RFIO1N RFIO2P LNA2 ADC RADIO CONTROLLER AGC OCL CDR RFIO2N DAC PACKET MANAGER 4kB PROGRAM ROM 2kB PROGRAM RAM 256- BYTE PACKET RAM 64-BYTE BBRAM 256-BYTE MCR DIV2 SDM DIVIDER PRE-EMPHASIS FILTER DSSS MOD CS SPI PABIAOP_ATB4 PAVSUP_ATB3 EXT PA INTERFACE PA RAMP BATTERY MONITOR CHARGEPUMP LOOP FILTER TEMPERATURE SENSOR PFD WAKE-UP CTRL LDO2 LDO3 LDO4 RXEN_GP6 TXEN_GP5 GPIO ANALOG TEST TRCLK_CKO_GP3 TIMER UNIT SPORT 26MHz OSC LDO1 EXT LNA/PA ENABLE MOSI SCLK MISO RC CAL BIAS CREGRF1, CREGVCO CREGSYNTH CREGDIG1, RBIAS XOSC26P CREGRF2, CREGDIG2 CREGRF3 XOSC26N 图2. 详细功能框图 Rev. 0 | Page 4 of 72 32kHz RC OSC 32kHz XTAL OSC IRQ XOSC32KN_ATB2 XOSC32KP_GP7_ATB1 DT_GP1 DR_GP0 IRQ1_GP4 IRQ2_TRFS_GP2 09322-011 PA ADF7241 技术规格 除非另有说明，VDD_BAT = 1.8 V至3.6 V，GND = 0 V，TA = TMIN至TMAX。典型规格在VDD_BAT = 3.6 V、TA = 25°C且 fCHANNEL = 2450 MHz条件下测得。除非另有说明，所有测量都是采用ADF7241参考设计RFIO2端口进行的。 通用规格 表1 参数 通用参数 电源电压范围 VDD_BAT输入 频率范围 工作温度范围 数据速率 最小值 典型值 最大值 单位 1.8 2400 −40 3.6 2483.5 +85 250 测试条件 V MHz °C kbps RF频率合成器规格 表2 参数 通道频率分辨率 相位误差 最小值 典型值 10 3 最大值 单位 kHz 度 1.5 度 52 µs 53 80 µs µs 参考和时钟相关杂散 −135 −145 70 dBc/Hz dBc/Hz dBc 整数边界杂散 60 dBc 晶振 晶振频率 最大并行负载电容 最小并行负载电容 最大晶振ESR 26 18 7 365.3 MHz pF pF Ω 300 µs VCO校准时间 频率合成器建立时间 相位噪声 休眠到空闲唤醒时间 Rev. 0 | Page 5 of 72 测试条件 接收模式； 积分带宽从10 kHz到400 kHz 发射模式； 积分带宽从10 kHz到1800 kHz 适用于所有模式 经过VCO校准之后，频率合成器在此时间内建立到 目标频率的±5 ppm以内 接收模式 发射模式 接收模式 10 MHz频率偏移 ≥50 MHz频率偏移 接收模式；fCHANNEL = 2405 MHz、2450 MHz 和2480 MHz 接收模式；在fCHANNEL =2405 MHz、2418 MHz、 2431 MHz、2444 MHz、2457 MHz、2470 MHz， 且偏移为400 kHz下测量 并行负载谐振晶体 保证0.2 ppm的最大晶振频率误差；XOSC26P和 XOSC26N负载33 pF XOSC26N和XOSC26P负载15 pF ADF7241 发射机规格 表3 参数 发射机规格 最大发射功率 最小发射功率 最大发射功率(高功率模式) 最小值 典型值 最大值 单位 3 −25 4.8 dBm dBm dBm 最小发射功率(高功率模式) −22 dBm 发射功率波动 2 dB 发射功率控制分辨率 最佳PA匹配阻抗 谐波和杂散发射 符合ETSI EN 300 440标准 25 MHz至30 MHz 30 MHz至1 GHz 47 MHz至74 MHz、87.5 MHz 至118 MHz、174 MHz至 230 MHz、470 MHz至862 MHz 2 43.7 + 35.2j dB Ω 发射功率 = 3 dBm，fCHANNEL = 2400 MHz 至2483.5 MHz，TA = −40°C至+85°C， VDD_BAT = 1.8 V至3.6 V 发射功率 = 3 dBm 最大发射功率 = 3 dBm时 −36 −36 −54 dBm dBm dBm 未调制载波，10 kHz RBW 1 未调制载波，100 kHz RBW 1 未调制载波，100 kHz RBW 1 −30 dBm 未调制载波，1 MHz RBW 1 −47 −97 dBm dBm/Hz 未调制载波 −41 −41 2 dBm dBm % 1 MHz RBW1 1 MHz RBW1 采用Rohde & Schwarz FSU矢量分析仪和Zigbee™ 选项测量 1 % −56 2252 dBm MHz fCHANNEL = 2405 MHz至2480 MHz，TA= −40°C至+85°C， VDD_BAT = 1.8 V至3.6 V RBW = 100 kHz; |f – fCHANNEL| > 3.5 MHz 高于1 GHz 符合ETSI EN 300 328标准 1800 MHz至1900 MHz 5150 MHz至5300 MHz 符合FCC CFR47, Part15 4.5 GHz至5.15 GHz 7.25 GHz至7.75 GHz 发射EVM 发射EVM波动 发射功率频谱密度模板 发射20 dB带宽 1 测试条件 有关如何使能此模式的详情， 请参见“功率放大器”部分 RBW = 分辨率带宽 接收机规格 表4 参数 接收机通用规格 RF前端LNA和混频器IIP3 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件 −13.6 dBm −12.6 dBm 最大增益，fBLOCKER1 = 5 MHz，fBLOCKER2 = 10.1 MHz， PRF,IN = −35 dBm 最大增益，fBLOCKER1 = 20 MHz，fBLOCKER2 = 40.1 MHz， PRF,IN = −35 dBm −10.5 dBm Rev. 0 | Page 6 of 72 最大增益，fBLOCKER1 = 40 MHz，fBLOCKER2 = 80.1 MHz， PRF,IN = −35 dBm ADF7241 参数 RF前端LNA和混频器IIP2 最小值 RF前端LNA和混频器1 dB压缩点 RFIO2端口的接收机LO电平 RFIO1x端口的LNA输入阻抗 RFIO2x端口的LNA输入阻抗 接收杂散发射 符合EN 300 440标准 30 MHz至1000 MHz 1 GHz至12.75 GHz 接收路径IEEE 802.15.4-2006模式 灵敏度(Prf,in,min, IEEE 802.15.4) 同道抑制 带外阻塞器抑制 −5 MHz −10 MHz −20 MHz −30 MHz −60 MHz −20.5 dBm 测试条件 最大增益，fBLOCKER1 = 5 MHz， fBLOCKER2 = 5.5 MHz，PRF,IN = −50 dBm 最大增益 −100 50.2 − 52.2j 74.3 − 10.7j dBm Ω Ω IEEE 802.15.4数据包模式 RX状态下测量 RX状态下测量 单位 dBm dBm dBm −95 dBm 最大增益，fBLOCKER1 = 5 MHz， fBLOCKER2 = 5.5 MHz，PRF,IN = −50 dBm −15 dBm 55 60 63 64 dB dB dB dB 1% PER，PSDU长度为20字节 PRF,IN = PRF,IN,MIN, IEEE 802.15.4 + 3 dB 48 61 62.5 65 65 −6 dB dB dB dB dB dB −34.2 −30.7 −29.7 −25.7 −24.2 dBm dBm dBm dBm dBm −33.4 −29.9 −28.2 −23.7 −29.9 2252 +5 MHz +10 MHz +20 MHz +30 MHz +60 MHz 接收通道带宽 RSSI 动态范围 精度 平均时间 最小灵敏度 最大值 −57 −47 饱和电平 CW阻塞器抑制 ±5 MHz ±10 MHz ±20 MHz ±30 MHz 调制阻塞器抑制 ±5 MHz ±10 MHz ±15 MHz ±20 MHz ±30 MHz 频率误差容差 典型值 24.7 −80 dBm dBm dBm dBm dBm kHz +80 85 ±3 128 −95 ppm dB dB µs dBm Rev. 0 | Page 7 of 72 PRF,IN = PRF,IN,MIN, IEEE 802.15.4 + 3 dB PRF,IN = PRF,IN,MIN+ 10 dB调制阻塞器 PRF,IN = PRF,IN,MIN, IEEE 802.15.4 + 3 dB， 测量条件：fCHANNEL = 2405 MHz PRF,IN = PRF,IN,MIN, IEEE 802.15.4 + 3 dB， 测量条件：fCHANNEL = 2480 MHz 双边带宽；级联模拟和数字通道滤波 PRF,IN = PRF,IN,MIN, + 3 dB 采用IEEE 802.15.4-2006数据包模式测量 ADF7241 辅助规格 表5 参数 32 kHz RC振荡器 频率 频率精度 频率漂移 温度系数 电压系数 校准时间 32 kHz晶振 频率 最大ESR 启动时间 唤醒定时器 预分频器节拍周期 唤醒周期 温度传感器 范围 分辨率 精度 电池监控器 触发电压 触发电压步长 启动时间 功耗 外部PA接口 RON,PAVSUP_ATB3至VDD_BAT电阻值 ROFF,PAVSUP_ATB3至GND电阻值 ROFF,PABIASOP_ATB4至GND电阻值 PABIASOP_ATB4源电流,最大值 PABIASOP_ATB4吸电流,最小值 PABIASOP_ATB4电流控制分辨率 PABIASOP_ATB4顺从电压 PABIASOP_ATB4顺从电压 伺服环路偏置电流 伺服环路偏置电流控制步长 最小值 典型值 单位 测试条件 32.768 1 kHz % 校准后 25°C时校准后 0.14 4 1 %/°C %/V ms 32.768 319.8 2000 kHz kΩ ms 0.0305 61 × 10−6 −40 最大值 20,000 1.31 × 105 ms sec +85 °C °C °C 4.7 ±6.4 1.7 62 5 30 3.6 V mV µs µA 5 10 10 80 −80 6 150 3.45 22 0.349 Ω MΩ MΩ µA µA Bits mV V mA mA Rev. 0 | Page 8 of 72 XOSC32KP和XOSC32KN上连接10 pF的电容 XOSC32KP和XOSC32KN上连接12.5 pF的 负载电容 使用线性调整后的1000次ADC回读的 平均值，在已知温度下校准 extpa_bias_mode = 0, 1, 2, 5, 6 extpa_bias_mode = 3、4、掉电 extpa_bias_mode = 0、掉电 expta_bias_mode = 1, 3 extpa_bias_mode = 2, 4 extpa_bias_mode = 1, 2, 3, 4, 5 extpa_bias_mode = 2, 4 extpa_bias_mode = 1, 3 extpa_bias_mode = 5, 6 extpa_bias_mode = 5, 6 ADF7241 功耗规格 表6 参数 功耗 TX模式功耗 −20 dBm −10 dBm 0 dBm +3 dBm +4 dBm 空闲模式 PHY_RDY模式 RX模式功耗 测试状态 SLEEP_BBRAM SLEEP_BBRAM_RCO 最小值 典型值 SLEEP_BBRAM_XTO 最大值 单位 测试条件 16.5 17.4 19.6 21.5 25 1.8 10 19 3 0.3 1 mA mA mA mA mA mA mA mA mA µA µA IEEE 802.15.4-2006连续包传输模式 IEEE 802.15.4-2006连续包传输模式 IEEE 802.15.4-2006连续包传输模式 IEEE 802.15.4-2006连续包传输模式 IEEE 802.15.4-2006连续包传输模式 XTO26M + 数字有效 1.7 µA IEEE 802.15.4-2006数据包模式 保存BBRAM内容 32 kHz RC振荡器运行，保存一些BBRAM内容， 且已使能唤醒定时器 32 kHz晶振运行，保存一些BBRAM内容， 且已使能唤醒定时器 时序和数字规格 表7. 逻辑电平 参数 逻辑输入 输入高电压VINH 输入低电压VINL 输入电流IINH/IINL 输入电容CIN 逻辑输出 输出高电压VOH 输出低电压VOL 输出上升/下降 输出负载 最小值 典型值 最大值 0.7 × VDD_BAT 0.2 × VDD ±1 10 VDD_BAT − 0.4 0.4 5 7 单位 测试条件 V V µA pF V V ns pF IOH = 500 µA IOL = 500 µA 表8. GPIO 参数 GPIO输出 输出驱动电平 输出驱动电平 最小值 典型值 5 5 最大值 单位 测试条件 mA mA 所有GPIO处于逻辑高电平状态 所有GPIO处于逻辑低电平状态 表9. SPI接口时序 参数 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 最小值 典型值 最大值 15 40 40 40 80 10 5 5 单位 ns ns ns ns ns ns ns ns 描述 CS 下降沿到MISO建立时间(TRX有效) CS 到SCLK建立时间 SCLK高电平时间 SCLK低电平时间 SCLK周期 SCLK下降沿到MISO延迟时间 MOSI到SCLK上升沿建立时间 MOSI到SCLK上升沿保持时间 Rev. 0 | Page 9 of 72 ADF7241 参数 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15, t16 最小值 典型值 最大值 40 10 270 300 400 20 20 2 单位 ns ns ns µs ns ns ms 描述 SCLK到CS保持时间 CS 高电平到SCLK等待时间 CS 高电平时间 CS 低电平到MISO高电平唤醒时间，带10 pF负载电容的26 MHz晶振，TA = 25°C SCLK上升时间 SCLK下降时间 执行RC_RESET或RC_SLEEP命令之后唤醒时的CS高电平时间(见图5和图31)， 带10 pF负载的26 MHz晶振 表10. IEEE 802.15.4状态跃迁时序 参数 最小值 典型值 142 13.5 192 192 140 140 192 192 23 192 14.5 5.5 30.5 19 6 14.5 18 205 空闲到PHY_RDY状态 PHY_RDY到空闲状态 PHY_RDY或TX到RX状态(不同通道) PHY_RDY或RX到TX状态(不同通道) PHY_RDY或TX到RX状态(相同通道) RX或PHY_RDY到TX状态(相同通道) RX通道变化 TX通道变化 TX到PHY_RDY状态 PHY_RDY到CCA状态 CCA到PHY_RDY状态 RX到空闲状态 TX到空闲状态 空闲到测试状态 测试到空闲状态 CCA到空闲状态 RX到CCA状态 CCA到RX状态 最大值 单位 µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs µs 测试条件 执行VCO校准 执行VCO校准 跳过VCO校准 跳过VCO校准 执行VCO校准 执行VCO校准 表11. IEEE 802.15.4-2006 SPORT模式时序 参数 t21 t22 t23 t24 t35 t36 t37 最小值 18 典型值 最大值 单位 µs µs µs µs µs µs µs 测试条件/注释 SFD检测到TRCLK_CKO_GP3(数据位时钟)有效延迟时间 TRCLK_CKO_GP3位周期 DR_GP0到TRCLK_CKO_GP3下降沿建立时间 TRCLK_CKO_GP3符号突发周期 PA标称功率到TRCLK_CKO_GP3活动/进入TX状态 RC_PHY_RDY到TRCLK_CKO_GP3关闭 RC_PHY_RDY到PA关断 150 单位 µs µs 150 µs 测试条件/注释 从接收到帧到rx_pkt_rcvd中断产生的时间 从发出RC_TX命令到更新寄存器delaycfg2位mac_delay_ext (0x10B[7:0]) 的容许时间 从发出RC_TX命令到取消RC_TX命令的容许时间 µs 标准所定义的IEEE 802.15.4模式 2 0.51 16 1.3 6.2 14 10 表12. MAC时序 参数 t26 t27 最小值 典型值 38 t28 tRX_MAC_DELAY 192 最大值 Rev. 0 | Page 10 of 72 ADF7241 时序图 SPI接口时序图 CS t11 t2 t3 t4 t5 t9 t10 SCLK t1 t6 BIT 7 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 BIT 7 2 1 0 7 BIT 0 X BIT 7 t8 t7 MOSI BIT 6 7 6 5 4 3 7 图3. SPI接口时序 更多说明和时序图参见“串行外设接口”部分。 休眠到空闲SPI时序图 CS t9 7 t12 5 4 3 2 1 0 t6 t1 MISO 6 09322-003 SCLK X 图4. 休眠到空闲状态时序 t16 CS DEVICE STATUS RC_RESET OR RC_SLEEP IDLE, PHY_RDY, RX SLEEP 图5. 执行RC_RESET或RC_SLEEP命令后唤醒 Rev. 0 | Page 11 of 72 IDLE 09322-064 SPI COMMAND TO ADF7242 09322-002 MISO ADF7241 MAC延迟时序图 PACKET TRANSMITTED PACKET RECEIVED RC_STATUS FRAME IN TX_BUFFER VALID IEEE802.15.4-2006 FRAME RX TX PHY_RDY tx_mac_delay + mac_delay_ext REGISTER irq_src0, FIELD rc_ready t26 t27,t28 09322-016 REGISTER irq_src1, FIELD rx_pkt_rcvd REGISTER irq_src1, FIELD tx_pkt_sent 图6. IEEE 802.15.4 MAC时序 Rev. 0 | Page 12 of 72 ADF7241 IEEE 802.15.4 RX SPORT模式时序图 表13. IEEE 802.15.4 RX SPORT模式配置 寄存器rc_cfg、域 rc_mode (0x13E[7:0]) 2 0 COMMAND RC_STATUS 寄存器gp_cfg、域 gpio_config (0x32C[7:0]) 1 7 功能 位时钟和数据可用(见图7） 符号时钟和数据可用(见图8) RC_RX RC_PHY_RDY PREVIOUS STATE RX PHY_RDY t29 tRX_MAC_DELAY PREAMBLE SFD PHR PSDU t21 t21 TRCLK_CKO_GP3 t24 ..... DR_GP0 DATA INVALID DR_GP0 ..... ..... ..... t23 09322-004 TRCLK_CKO_GP3 ..... t22 图7. IEEE 802.15.4 RX SPORT模式：位时钟和数据可用 COMMAND RC_STATUS RC_RX RC_PHY_RDY PREVIOUS STATE RX PHY_RDY t29 tRX_MAC_DELAY PREAMBLE SFD PHR t21 PSDU t26 t21 TRCLK_CKO_GP3 GP6, GP5, GP1, GP01 SYMBOL [3:0] [3:0] [3:0] [3:0] [3:0] [3:0] [3:0] [3:0] 1GP6 = RXEN_GP6 09322-009 GP5 = TXEN_GP5 GP1 = DT_GP1 GP0 = DR_GP0 图8. IEEE 802.15.4 RX SPORT模式：符号时钟输出 Rev. 0 | Page 13 of 72 ADF7241 IEEE 802.15.4 TX SPORT模式时序图 表14. IEEE 802.15.4 TX SPORT模式配置 寄存器rc_cfg、域 rc_mode (0x13E[7:0]) 3 寄存器gp_cfg、域 gpio_config (0x32C[7:0]) 1 or 4 功能 PA斜升后传输开始(见图9) gpio_config = 1：数据在时钟的上升沿逐个输入 gpio_config = 4：数据在时钟的下降沿逐个输入 RC_PHY_RDY RC_TX RC STATE PHY_RDY PHY_RDY TX t37 PA POWER t35 PACKET COMPONENT PREAMBLE SFD PHR PSDU t36 TRCLK_CKO_GP3 ..... PACKET DATA DT_GP1 ..... REGISTER gp_cfg, FIELD gpio_config = 4 DATA CLOCKED IN ON FALLING EDGE REGISTER gp_cfg, FIELD gpio_config = 1 DATA CLOCKED IN ON RISING EDGE t32 TRCLK_CKO_GP3 TRCLK_CKO_GP3 DT_GP1 SAMPLE DT_GP1 SAMPLE DT_GP1 DT_GP1 t33 t34 t33 图9. IEEE 802.15.4-2006 TX SPORT模式 详情参见“SPORT接口”部分。 Rev. 0 | Page 14 of 72 t34 09322-122 t32 ADF7241 绝对最大额定值 除非另有说明，TA = 25°C。 LFCSP封装的底部焊盘应连接到地。 表15 参数 VDD_BAT至GND 工作温度范围 工业级 存储温度范围 最高结温 LFCSP封装θJA热阻 回流焊 峰值温度 峰值温度时间 本器件为高性能RF集成电路，ESD额定值小于2 kV，对 额定值 −0.3 V至+3.9 V ESD(静电放电)敏感。搬运和装配时应采取适当的防范措 −40°C至+85°C −65°C至+125°C 150°C 26°C/W ESD警告 施。 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。 尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高能 量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当的 ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 260°C 40秒 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 Rev. 0 | Page 15 of 72 ADF7241 32 31 30 29 28 27 26 25 PABIAOP_ATB4 PAVSUP_ATB3 VDD_BAT XOSC32KN_ATB2 XOSC32KP_GP7_ATB1 CREGDIG1 RXEN_GP6 TXEN_GP5 引脚配置和功能描述 1 2 3 4 5 6 7 8 ADF7241 TOP VIEW (Not to Scale) 24 23 22 21 20 19 18 17 CS MOSI SCLK MISO IRQ1_GP4 TRCLK_CKO_GP3 IRQ2_TRFS_GP2 DT_GP1 NOTES 1. THE EXPOSED PADDLE MUST BE CONNECTED TO GROUND. 09322-010 CREGVCO VCOGUARD CREGSYNTH XOSC26P XOSC26N DGUARD CREGDIG2 DR_GP0 9 10 11 12 13 14 15 16 CREGRF1 RBIAS CREGRF2 RFIO1P RFIO1N RFIO2P RFIO2N CREGRF3 图10. 引脚配置 表16. 引脚功能描述 引脚编号 1 引脚名称 CREGRF1 描述 RF部分的调节电源终端。应将一个220 nF去耦电容连接在此引脚与GND之间。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 RBIAS CREGRF2 RFIO1P RFIO1N RFIO2P RFIO2N CREGRF3 CREGVCO VCOGUARD CREGSYNTH XOSC26P 27 kΩ偏置电阻到地。 RF部分的调节电源。应连接一个100 pF去耦电容到地。 差分RF输入端口1(正极)。需要一个10 nF去耦电容。 差分RF输入端口1(负极)。需要一个10 nF去耦电容。 差分RF输入/输出端口2(正极)。需要一个10 nF去耦电容。 差分RF输入/输出端口2(负极)。需要一个10 nF去耦电容。 RF部分的调节电源。应将一个100 pF去耦电容连接在此引脚与GND之间。 VCO部分的调节电源。应将一个220 nF去耦电容连接在此引脚与GND之间。 VCO部分的防护沟道。连接到引脚9(CREGVCO)。 PLL部分的调节电源。应将一个220 nF去耦电容连接在此引脚与GND之间。 外部晶振和负载电容的终端1。使用外部振荡器时，此引脚不连接(NC)。 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 XOSC26N DGUARD CREGDIG2 DR_GP0 DT_GP1 IRQ2_TRFS_GP2 TRCLK_CKO_GP3 IRQ1_GP4 MISO SCLK MOSI CS TXEN_GP5 RXEN_GP6 CREGDIG1 XOSC32KP_GP7_ATB1 XOSC32KN_ATB2 外部晶振和负载电容的终端2。外部振荡器的输入端。 数字部分的防护沟道。连接到引脚15(CREGDIG2)。 数字部分的调节电源。应连接一个220 nF去耦电容到地。 SPORT接收数据输出/通用IO端口。 SPORT发射数据输入/通用IO端口。 中断请求输出2/IEEE 802.15.4-2006符号时钟/通用IO端口。 SPORT时钟输出/通用IO端口。 中断请求输出1/通用IO端口。 SPI接口串行数据输出。 SPI接口数据时钟输入。 SPI接口串行数据输入。 SPI接口片选输入(和唤醒信号)。 外部PA使能信号/通用IO端口。 外部LNA使能信号/通用IO端口。 数字部分的调节电源。应将一个1 nF去耦电容连接在此引脚与地之间。 32 kHz晶振的终端1/通用IO端口/模拟测试总线1。 32 kHz晶振的终端2/模拟测试总线2。 Rev. 0 | Page 16 of 72 ADF7241 引脚编号 30 31 32 33 (EPAD) 引脚名称 VDD_BAT PAVSUP_ATB3 PABIAOP_ATB4 GND 描述 来自电池的未调节电源输入。 外部PA电源终端/模拟测试总线3。 外部PA偏置电压输出/模拟测试总线4。 公共地终端。底部焊盘必须连接到地。 Rev. 0 | Page 17 of 72 ADF7241 典型工作特性 80 2.0 2.405GHz, 1.8V, +25°C 2.48GHz, 1.8V, +25°C 2.405GHz, 3.6V, +25°C 2.48GHz, 3.6V, +25°C 2.405GHz, 1.8V, –40°C 2.48GHz, 1.8V, –40°C 2.405GHz, 3.6V, –40°C 2.48GHz, 3.6V, –40°C 2.405GHz, 1.8V, +85°C 2.48GHz, 1.8V, +85°C 2.405GHz, 3.6V, +85°C 2.48GHz, 3.6V, +85°C 1.2 1.0 0.8 60 0.6 40 30 0 –93 –80 –70 –60 –50 –40 RF INPUT POWER LEVEL (dBm) –30 –20 –10 –45 –40 –35 –30 –25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25 30 BLOCKER FREQUENCY OFFSET (MHz) 图14. IEEE 802.15.4-2006数据包模式阻塞器抑制与温度和 VDD_BAT的关系，调制阻塞器，PWANTED = −85 dBm + 3 dB， fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x 图11. IEEE 802.15.4-2006数据包模式灵敏度与温度和 VDD_BAT的关系，fCHANNEL = 2.405 GHz、 2.45 GHz、2.48 GHz，RFIO2x 2.0 80 3.6V, +25°C 1.8V, +25°C 3.6V, –40°C 1.8V, –40°C 3.6V, +85°C 1.8V, +85°C 1.6 1.4 70 BLOCKER REJECTION LEVEL (dB) 1.8 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 60 50 40 30 20 10 0 –90 –96.5 –95 –80 –70 –60 –50 –40 RF INPUT POWER LEVEL (dBm) –30 –20 –20 –110 –90 –70 –50 –30 –10 10 50 70 BLOCKER FREQUENCY OFFSET (MHz) 90 110 图15. IEEE 802.15.4-2006数据包模式宽带阻塞器抑制， CW阻塞器，PWANTED = −95 dBm + 3 dB， fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x 图12. IEEE 802.15.4-2006数据包模式PER与RF输入功率水平、 温度和VDD_BAT的关系，fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x 80 2.0 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 –98 –96 –96 +25°C +25°C +25°C +25°C +25°C +25°C –40°C –40°C –40°C –40°C –40°C –40°C +85°C +85°C +85°C +85°C +85°C +85°C –94 –92 –90 –88 –86 –84 –82 –93 RF INPUT POWER LEVEL (dBm) 70 BLOCKER REJECTION LEVEL (dB) 1.6 1.8V, 1.8V, 1.8V, 3.6V, 3.6V, 3.6V, 1.8V, 1.8V, 1.8V, 3.6V, 3.6V, 3.6V, 1.8V, 1.8V, 1.8V, 3.6V, 3.6V, 3.6V, 60 50 40 30 20 10 0 VDD_BAT = 3.6V TEMPERATURE = 25°C –10 –80 09322-047 2.405GHz, 2.450GHz, 2.475GHz, 2.405GHz, 2.450GHz, 2.475GHz, 2.405GHz, 2.450GHz, 2.475GHz, 2.405GHz, 2.450GHz, 2.475GHz, 2.405GHz, 2.450GHz, 2.475GHz, 2.405GHz, 2.450GHz, 2.475GHz, 1.8 0 –100 VDD_BAT = 3.6V TEMPERATURE = 25°C –10 09322-046 0 –100 +25°C +25°C –40°C –40°C +85°C +85°C 09322-049 –96 –90 09322-095 0 –100 PACKET ERROR RATE (%) 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, 20 10 0.4 0.2 PACKET ERROR RATE (%) 50 09322-048 1.4 图13. IEEE 802.15.4数据包模式灵敏度与温度和VDD_BAT的关系， fCHANNEL = 2.405 GHz、2.45 GHz、2.475 GHz，RFIO1x Rev. 0 | Page 18 of 72 –20 –20 –16 –12 –8 –4 0 4 8 12 BLOCKER FREQUENCY OFFSET (MHz) 16 图16. IEEE 802.15.4数据包模式窄带阻塞器抑制， CW阻塞器，PWANTED = −95 dBm + 3 dB， fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x 20 09322-050 PACKET ERROR RATE (%) 1.6 70 REJECTION LEVEL (dB) 1.8 ADF7241 6 2 RSSI ERROR (dB) 3 50 40 30 –2 –5 –6 –95 –90 –85 –80 –75 –70 –65 –60 –55 –50 –45 –40 –35 –30 –25 –20 RF INPUT LEVEL (dBm) 图20. IEEE 802.15.4数据包模式RSSI误差与RF输入功率水平、 温度和VDD_BAT的关系，fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x 80 275 70 250 225 SQI READBACK VALUE 60 50 40 30 10 0 –10 –20 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, –16 +25°C +25°C –40°C –40°C +85°C +85°C –12 –8 –4 0 4 8 12 INTERFERER FREQUENCY OFFSET (MHz) 175 150 125 16 20 75 +25°C +25°C –40°C –40°C +85°C +85°C MIN 1.8V, MIN 3.6V, MIN 1.8V, MIN 3.6V, MIN 1.8V, MIN 3.6V, +25°C +25°C –40°C –40°C +85°C +85°C 0 –100 –95 –90 –85 –80 –75 –70 –65 –60 –55 –50 –45 –40 –35 –30 –25 –20 RF INPUT LEVEL (dBm) 图21. IEEE 802.15.4数据包模式SQI与RF输入功率水平、温 度和VDD_BAT的关系， fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x –20 110 CHANNEL 2.405GHz CHANNEL 2.48GHz THRESHOLD = 100 90 CCA DETECTION RATE (%) –24 –26 –28 –30 –32 –80 dBm –70 dBm –60 dBm –50 dBm –40 dBm –30 dBm –20 dBm 80 70 60 –90 dBm 50 40 30 20 –34 10 –70 –50 –30 –10 10 30 50 70 BLOCKER FREQUENCY OFFSET (MHz) 90 110 09322-101 –36 –110 –90 MAX 1.8V, MAX 3.6V, MAX 1.8V, MAX 3.6V, MAX 1.8V, MAX 3.6V, 100 25 图18. IEEE 802.15.4数据包模式窄带阻塞器抑制与温度和 VDD_BAT的关系，调制阻塞器，PWANTED = −95 dBm + 3 dB， fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x –22 200 50 09322-100 20 MAX 1.8V, +85°C MIN 1.8V, +85°C MAX 3.6V, +85°C MIN 3.6V, +85°C –4 图17. IEEE 802.15.4数据包模式宽带阻塞器抑制与温度和 VDD_BAT的关系，调制阻塞器，PWANTED = −95 dBm + 3 dB， fCHANNEL = 2.45 GHz，RFIO2x REJECTION LEVEL (dB) 0 –1 –3 –10 –45 –40 –35 –30 –25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25 30 BLOCKER FREQUENCY OFFSET (MHz) BLOCKER REJECTION LEVEL (dBm) 1 09322-113 0 +25°C +25°C –40°C –40°C +85°C +85°C MAX 1.8V, –40°C MIN 1.8V, –40°C MAX 3.6V, –40°C MIN 3.6V, –40°C 图19. IEEE 802.15.4数据包模式带外阻塞器抑制，CW阻塞器， PWANTED = −95 dBm + 3 dB，fCHANNEL = 2.405 GHz和2.48 GHz， RFIO2x，VDD_BAT = 3.6 V，温度 = 25°C Rev. 0 | Page 19 of 72 0 –90 –85 –80 –75 –70 –65 –60 –55 –50 –45 –40 –35 –30 –25 –20 –15 RF INPUT POWER LEVEL (dBm) 图22. IEEE 802.15.4-2006 CCA操作与RSSI阈值的关系， fCHANNEL = 2.45 GHz，VDD_BAT = 3.6 V， 温度 = 25°C，RFIO2x 09322-114 10 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, 09322-099 BLOCKER REJECTION LEVEL (dB) 4 60 20 MAX 1.8V, +25°C MIN 1.8V, +25°C MAX 3.6V, +25°C MIN 3.6V, +25°C 5 70 09322-112 80 ADF7241 4 –20 –30 –40 –50 –60 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 FREQUENCY ERROR (kHz) 2.3 2.2 2.1 2.0 +25°C +25°C –40°C –40°C +85°C +85°C –22 –24 –26 3 4 5 6 7 8 9 10 11 PA LEVEL SETTING 12 +85°C +25°C –40°C –40°C +25°C +80°C 13 14 15 2.5 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 0 –2.5 –5.0 –7.5 –10.0 –12.5 –15.0 –17.5 –20.0 HIGH POWER MODE DEFAULT MODE –22.5 2415 2425 2435 2445 2455 2465 2475 –27.5 图24. IEEE 802.15.4-2006发射机EVM与温度和VDD_BAT的关系， 所有通道，输出功率 = 3 dBm 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 0.5 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 FREQUENCY (GHz) 2.46 +85°C +25°C –40°C –40°C +25°C +80°C 2.47 2.48 09322-110 3.6V, 3.6V, 3.6V, 1.8V, 1.8V, 1.8V, 1.0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 POWER AMPLIFIER CONTROL WORD 15 16 图27. 默认模式和高功率模式下发射机输出功率与控制字的关系， fCHANNEL = 2.45 GHz，VDD_BAT = 3.6 V，温度 = 25°C，RF载波频率 （依照ADF7241参考设计，使用分立匹配网络和谐波滤波器） TRANSMITTER CURRENT CONSUMPTION (mA) 4.0 3 09322-119 –25.0 1.1 CHANNEL FREQUENCY (MHz) PA OUTPUT POWER LEVEL (dBm) 3.6V, 3.6V, 3.6V, 1.8V, 1.8V, 1.8V, 图26. PA输出功率与控制字、温度和VDD_BAT的关系， fCHANNEL = 2.44 GHz （依照ADF7241参考设计，使用分立匹配网络和谐波滤波器） TRANSMITTER OUTPUT POWER (dBm) EVM 1.8V, EVM 3.6V, EVM 1.8V, EVM 3.6V, EVM 1.8V, EVM 3.6V, 2.4 0 2.40 –16 –18 –20 5.0 2.5 1.0 2405 –10 –12 –14 –28 09322-105 TRANSMITTER ERROR VECTOR MAGNITUDE (%) 图23. IEEE 802.15.4-2006发射机频谱与温度和VDD_BAT的关系， fCHANNEL = 2.45 GHz，输出功率 = 3 dBm –4 –6 –8 26.0 25.5 25.0 24.5 24.0 23.5 23.0 22.5 22.0 21.5 21.0 20.5 20.0 19.5 19.0 18.5 18.0 17.5 17.0 16.5 16.0 HIGH POWER MODE DEFAULT MODE 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 POWER AMPLIFIER CONTROL WORD 14 15 09322-120 –70 –5 2 0 –2 09322-111 –10 +25°C +25°C –40°C –40°C +85°C +85°C PA OUTPUT POWER LEVEL (dBm) 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, 1.8V, 3.6V, 09322-104 TRANSMITTER RF OUTPUT POWER (dBm) 0 图28. 默认模式和高功率模式下发射机功耗与控制字的关系， fCHANNEL = 2.45 GHz，VDD_BAT = 3.6 V，温度 = 25°C 图25. PA输出功率与RF载波频率、温度和VDD_BAT的关系 (依照ADF7241参考设计，使用分立匹配网络和谐波滤波器) Rev. 0 | Page 20 of 72 85 3-SIGMA TEMPERATURE ERROR 80 75 TEMPERATURE READING (LINEAR FITTING) 70 TEMPERATURE READING 65 (POLYNOMIAL FITTING) 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 –5 –10 –15 –20 –25 –30 –35 –40 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 50 60 TEMPERATURE (°C) 70 80 09322-116 TEMPERATURE CALCULATED FROM ADC READING (°C) ADF7241 图29. 温度传感器性能(1000次ADC回读的平均值) 和3-Σ误差与温度的关系，VDD_BAT = 3.6 V Rev. 0 | Page 21 of 72 ADF7241 术语 ACK IEEE 802.15.4-2006应答帧 OQPSK 失调正交相移键控 ADC PA 模数转换器 功率放大器 AGC PHR 自动增益控制 物理层报头 Battmon PHY 电池监控器 物理层 CCA POR 空闲信道评估 上电复位 BBRAM PSDU 备用电池随机存取存储器 物理层服务数据单元 CSMA/CA RC 载波侦听多路访问/冲突避免 无线电控制器 DR RCO32K 数据速率 32 kHz RC振荡器 DSSS RSSI 直接序列扩频 接收信号强度指示器 FCS RTC 帧检验序列 实时时钟 FHSS SFD 跳频扩频 帧起始定界符 FCF SQI 帧控制域 信号质量指示器 LQI VCO 链路质量指示器 电压控制振荡器 MCR WUC 调制解调器配置寄存器 唤醒控制器 MCU XTO26M 微控制器单元 26 MHz晶振 NC XTO32K 不连接 32 kHz晶振 OCL 失调校正环路 Rev. 0 | Page 22 of 72 ADF7241 无线电控制器 COLD START (BATTERY APPLIED) CONFIGURE DEVICE FIRMWARE DOWNLOAD FOR EXAMPLE, IEEE 802.15.4 AUTO-MODES WUC TIMEOUT RC_MEAS CS RC_IDLE MEAS IDLE SLEEP RC_IDLE RC_SLEEP (FROM ANY STATE) E DL _I RC RC_PHY_RDY RC_SLEEP RC_RESET (FROM ANY STATE) CCA COMPLETE RC_PHY_RDY CCA PHY_RDY RC_CCA A CC CO ET L _ID RC E 1 ET CK PA ITT SM AN TR ED RC_TX RC _ID L E E RC _P HY _R DY RC _T X PL M A _CC RC RX RC_ RC _P HY _R RC DY _R X PA CK ET RE CE IVE 1 D RX TX RC_RX RC_TX RC_RX AUTO_RX_TO_TX_TURNAROUND 2 AUTO_TX_TO_RX_TURNAROUND 2 1AVAILABLE 2THESE IN PACKET MODE. TRANSITIONS ARE CONFIGURED IN BUFFERCFG (0x107[3:2]). KEY AUTOMATIC STATE TRANSITION INITIATED BY RADIO CONTROLLER RADIO STATE 图30. 状态图 Rev. 0 | Page 23 of 72 09322-024 STATE TRANSITION INITIATED BY HOST MCU ADF7241 ADF7241集成了一个无线电控制器，用于管理该IC在各种 在空闲、RX、TX或CCA状态下，通过发出RC_PHY_RDY 工作模式和配置下的状态。主机MCU可以使用单字节命令 命令可以进入PHY_RDY状态。 与无线电控制器接口。无线电控制器的功能包括控制各种 RX状态 模块的上电和掉电序列，以及在器件的不同状态下执行系 从PHY_RDY或TX状态进入RX状态时，RF频率合成器会自 统校准。图30给出了ADF7241的状态图，图中显示了由主 动校准到编程设置的通道频率。对于单通道通信系统，如 机MCU启动和由无线电控制器自动启动的可能状态转换。 果要求周转时间较短，可以忽略频率合成器校准过程。经 器件初始化 过可编程的MAC延迟时间后，如果用户使能了器件， 首次对ADF7241施加电池电压时，应执行冷启动序列，如 ADF7241将开始搜索前同步码和同步字。 图31所示。该启动序列描述如下： 在PHY_RDY、CCA或TX状态下，通过发出RC_RX命令可 • 将电池电压VDD_BAT以所需的电压上升速度施加给器 以进入RX状态。根据工作模式不同(可通过寄存器buffercfg 件。经过时间t RAMP 之后，VDD_BAT达到其最终电压 的域rx_buffer_mode配置为数据包模式或SPORT模式)，器 值。 件可以在收到一个包后自动返回PHY_RDY状态，或者保 • 经过tRAMP后，执行SPI命令RC_RESET。此命令复位并关 断器件。 • 经过指定的时间t15之后，主机MCU可以将SPI的CS端口 设为低电平。 • 等待SPI的MISO输出(PI_READY标志)变为高电平，那 时器件处于空闲状态，已准备好接受命令。 持RX状态，直至接到命令要求进入不同的状态。详情参见 “接收机”部分。 CCA状态 进入CCA状态时，会执行空闲信道评估。在PHY_RDY或 RX状态下，通过发出RC_CCA命令可以进入CCA状态。默 认情况下，完成空闲信道评估后，ADF7241会自动返回 RC_CCA命令的起源状态。 当主机MCU将SPI的CS端口设为低电平时，器件发生上电 复位。器件的所有LDO连同26 MHz晶振和数字内核均使 TX状态 进入TX状态时，RF频率合成器会自动校准到编程设置的 能。在无线电控制器将配置寄存器初始化为其默认值后， 通道频率。对于单通道通信系统，如果要求周转时间较 器件进入空闲状态。 短，可以忽略频率合成器校准过程。经过可编程的延迟时 仅在首次对器件施加电池电压时，才需要执行冷启动序 间后，PA功率上升，同时传输启动。 列。此后可以使用热启动序列，即主机MCU将SPI的CS端 在PHY_RDY或RX状态下，通过发出RC_TX命令可以进入 口设为低电平，以将器件从休眠状态唤醒。 TX状态。根据工作模式不同(可通过寄存器buffercfg的域 空闲状态 rx_buffer_mode配置为数据包模式或SPORT模式)，器件可 在此状态下，接收和发射模块均掉电。数字部分使能，且 以在发送一个包后自动返回PHY_RDY状态，或者保持TX 所有配置寄存器和数据包RAM都可以访问。在此状态下， 状态，直至接到命令要求进入不同的状态。详情参见“发 任何配置参数都必须由主机MCU设置，如调制方案、通道 射机”部分。 频率和唤醒控制器配置等。 测试状态 在休眠状态下拉低CS输入将使器件转换到空闲状态。从休 测试状态用于测量芯片温度。在此状态下，接收机和发射 眠状态到空闲状态的转换时序如图4所示。在休眠状态以 机模块均未使能。该器件通过ADC测量芯片温度，并会连 外的所有其它状态中，通过发出RC_IDLE命令也可以进入 续更新寄存器adc_rbk的域adc_out中的芯片温度读数。 空闲状态。 在空闲状态下，通过发出RC_测试命令可以使能此状态， PHY_RDY状态 通过发出RC_IDLE命令可以退出此状态。 从空闲状态进入PHY_RDY状态时，RF频率合成器使能， 并且会执行系统校准。在此状态下，接收和发射模块均未 使能。从RX、TX或CCA状态进入PHY_RDY状态时，会省 略系统校准过程。 Rev. 0 | Page 24 of 72 ADF7241 SLEEP_BBRAM_XTO 休眠状态 利用RC_SLEEP命令可以进入休眠状态。在休眠状态下， 存器的内容保存在BBRAM中。通过将寄存器tmr_cfg1的域 器件有三种不同的工作模式，如表17所列。 sleep_config设为5，可使能SLEEP_BBRAM_XTO模式。而 表17. ADF7241休眠模式 SLEEP_BBRAM_XTO SLEEP_BBRAM_RCO 1 通过将寄存器irq1_en0的域wakeup设为1等操作，可设置唤 醒中断。有关如何配置ADF7241 WUC的详情，请参见“唤 功能 有效电路 BBRAM 不保存数据包RAM和调制 解调器配置寄存器(MCR) 内容。BBRAM保存IEEE 802.15.4-2006节点 地址1。 醒控制器(WUC)”部分。 SLEEP_BBRAM_RCO 此模式使能32 kHz RC振荡器，并在休眠状态期间将某些配 置寄存器的内容保存在BBRAM中。当通信系统可以接受 BBRAM和 32 kHz晶振 32 kHz晶振使能，且BBRAM 保存数据。 较低的定时器精度时，可以使用此模式。此模式可以通过 BBRAM和 32 kHz RC 振荡器 32 kHz RC振荡器使能， 且BBRAM保存数据。 将寄存器irq1_en0的域wakeup设为1等操作，可设置唤醒中 将寄存器tmr_cfg1的域sleep_config设为11来使能。而通过 断。有关如何配置ADF7241 WUC的详情，请参见“唤醒控 制器(WUC)”部分。 详情参见“数据包模式下的接收机配置”部分。 从休眠状态唤醒 主机MCU可以随时拉低CS，使ADF7241从休眠状态唤醒。 休眠模式 休眠模式可以利用唤醒配置寄存器tmr_cfg0和tmr_cfg1进行 配置。寄存器tmr_cfg0和tmr_cfg1的内容在休眠状态下复 位。 拉低CS之后，必须等到MISO输出(SPI_READY标志)变为 高电平后才能访问SPI端口。此延迟反映了ADF7241的启动 时间。当MISO输出为高电平时，表明数字部分的稳压器 和晶振已经稳定下来。如果芯片不是处于休眠状态，拉低 SLEEP_BBRAM 此模式适合MCU自身配有唤醒定时器的应用。通过将寄存 器tmr_cfg1的域sleep_config设为1，可使能SLEEP_BBRAM 模式。 CS后MISO引脚将立即变为高电平。在已配置WUC的情况 下，超时事件也会使器件退出休眠状态。有关如何配置 ADF7241 WUC的详情，请参见“唤醒控制器(WUC)”部分。 t15 APPLY VDD_BAT CS RC_RESET (0xC8) SPI COMMAND TO ADF7241 DEVICE STATE IDLE SLEEP 图9. IEEE 802.15.4-2006 TX SPORT模式 Rev. 0 | Page 25 of 72 IDLE 09322-063 休眠模式 SLEEP_BBRAM 此模式使能32 kHz晶振，并在休眠状态期间将某些配置寄 ADF7241 RF频率合成器 ADF7241使用一个完全集成的RF频率合成器来产生发射信 在PHY_RDY状态下执行系统校准时，不得跳过VCO校准 号和接收LO信号。该频率合成器的架构如图32所示。接收 阶段。因此，在从空闲状态进入PHY_RDY状态之前，必 机利用频率合成器电路产生本振(LO)，以便将RF信号下变 须确保将寄存器vco_cal_cfg的域skip_vco_cal设为9。这是默 频至基带。发射机基于使用低噪声小数N分频RF频率合成 认设置，因此只有在先前选择了跳过该校准的情况下，才 器的直接闭环VCO调制方案；在该调制方案中，一个高分 需要重新编程。 辨率Σ-Δ调制器响应所传输的数据，在RF处产生所需的频 从PHY_RDY状态转换到RX、TX或CCA状态时，如果在 率偏差。 PHY_RDY状态下已经对RX、TX或CCA状态所要使用的相 ADF7241的VCO和频率合成器环路滤波器均完全集成。为 同 通 道 频 率 执 行 过 校 准 ， 则 可 以 跳 过 VCO校 准 。 在 了减小功率放大器上电时的VCO牵引效应，并尽量降低杂 PHY_RDY状态之后的任何状态下，如果需要跳过VCO校 散发射，VCO以2倍的RF频率工作。然后将VCO信号二分 准，应使用以下序列： 频，以提供发射机所需的频率和接收机所需的LO频率。该 1. 在PHY_RDY状态下执行系统校准之后，应回读寄存器 频率合成器还具有自动VCO校准和带宽选择功能。 vco_band_rb的域vco_band_val_rb中的VCO频段和寄存 器vco_idac_rb的域vco_idac_val_rb中的VCO偏置DAC RX AND TX CIRCUITS 码。 SDM N-DIVIDER DIV2 2. 在转换到任何其它状态并在相同通道频率上工作之前， CHANNEL SELECTION IN RX OR TX 应按照如下所述覆盖VCO频率和幅度DAC： CHARGE-PUMP AND LOOP FILTER a) 将寄存器vco_cal_cfg的域skip_vco_cal设为15，以跳 26MHz XOSC + DOUBLER 过VCO校准。 b) 将寄存器vco_ovrw_cfg的域vco_band_ovrw_en设为 AUTO SYNTH BANDWIDTH SELECTION 09322-089 VCO CALIBRATION PFD 1，以使能VCO频率覆盖模式。 c) 将在PHY_RDY状态下执行系统校准后回读的VCO频 段 写 入 寄 存 器 vco_band_ovrw的 域 图32. 频率合成器架构 vco_band_ovrw_val。 RF频率合成器校准 在RX、CCA或TX状态下，ADF7241需要经过系统校准才 能使用。当ADF7241进入休眠状态时，校准信息会复位， 因此当器件在空闲与PHY_RDY状态之间转换时，会自动 d) 将寄存器vco_ovrw_cfg的域vco_idac_ovrw_en设为1， 以使能VCO偏置DAC覆盖模式。 e) 将在PHY_RDY状态下执行系统校准后回读的VCO偏 置 DAC写 入 寄 存 器 vco_idac_ovrw的 域 执 行 全 面 的 系 统 校 准 。 而 从 TX、 RX或 CCA状 态 进 入 vco_idac_ovrw_val。 PHY_RDY状态时，则忽略系统校准过程。 完成上述步骤后，器件便可以转换到使用相同通道频率的 142µs 24µs 20µs VCO Cal SYNTHESIZER SETTLING 52µs 46µs DO NOT SKIP, SET REGISTER vco_cal_cfg, FIELD skip_vco_cal = 9 其它状态，而无需执行VCO校准。在执行上述步骤之后， 但未进入RX、TX或CCA状态之前的任何时间点，如果需 要改变通道频率，则必须在转换到相应状态之前，将寄存 09322-012 PWR Up RC Cal 器vco_ cal_cfg的域skip_vco_cal设为9。这样将自动执行 VCO校准。 图33. RC_PHY_RDY之后的系统校准 图33为总系统校准时间的分解图。它包括上电延迟、接收 机基带滤波器校准(RC Cal)和VCO校准(VCO Cal)。VCO校 准完毕后，频率合成器即可建立至目标频率的±5 ppm范围 内。为了减轻温度、电源电压和过程变化对VCO性能的影 响，器件使用一个完全自动化的快速VCO频率和幅度校准 方案。 Rev. 0 | Page 26 of 72 ADF7241 RF频率合成器带宽 参考晶振 ADF7241无线电控制器根据器件所处的状态(RX或TX)来优 片内晶振产生用于频率合成器和系统时序的参考频率。晶 化RF频率合成器带宽。如果器件处于RX状态，无线电控 振工作频率为26 MHz。晶振采用幅度控制，确保能在不同 制器将把频率合成器带宽设置为能确保实现最佳阻塞器抑 工作条件下快速启动并稳定工作。晶振的精度对通信系统 制性能的值。如果器件处于TX状态，无线电控制器将根据 的性能有着非常大影响，因此应当谨慎选择晶振及相关的 所需的数据速率来设置RF频率合成器带宽，以确保实现最 外部元件。除了精度和漂移特性外，还必须考虑晶振的标 佳的调制质量。 称负载电容。负载电容较高的晶振能够承受外部电容和印 RF通道频率编程 刷电路板寄生电容，不易受频率牵引影响。但较大负载电 频率合成器的频率通过频率控制字ch_freq[23:0]进行编 容也伴随着一些缺点，例如功耗较高、启动时间较长和调 程，它包括三个寄存器：ch_freq0、ch_freq1和ch_freq2。 整范围较低等。选择晶振时，应权衡考虑这些优缺点。 频率控制字ch_freq[23:0]以二进制形式表示所需通道的绝 总负载电容必须与晶振的额定负载电容相等，前者包括外 对频率除以10 kHz的结果。 部并联负载电容、XOSC26P和XOSC26N引脚的寄生电容、 对频率控制字ch_freq[23:0]写入新的通道频率时，新通道 以及印刷电路板上走线的寄生电容。 频率将在下一频率合成器校准阶段完成之后生效。默认情 ADF7241集成一个晶振调谐电容，以便于补偿系统性生产 况下，从空闲、TX、RX或CCA状态转换到PHY_RDY时， 公差和温漂。该调谐电容由寄存器xto26_trim_cal的 域 会执行频率合成器校准。详情参见“RF频率合成器校准”、 xto26_trim(0x371)控制。其调谐范围取决于特定晶振的负 “发射机”和“接收机”部分。为便于快速改变通道频率，在 载电容。总调谐范围典型值为25 ppm。 RX状态下可以在收到包之前写入新的频率控制字。下一 RC_RX或RC_TX命令将启动所需的频率合成器校准和建立 周期。类似地，在TX状态下可以在发送包之后写入新的频 率控制字，并且下一RC_RX或RC_TX命令将启动频率合成 器校准和建立周期。 Rev. 0 | Page 27 of 72 ADF7241 发射机 auto_fcs_off设为0)，则FCS会自动追加到TX_BUFFER中的 发射工作模式 帧上。这种情况下，写入TX_BUFFER的字节数必须等于 发射机工作模式主要有两种： PHR域中指定的长度减去2。 • IEEE 802.15.4-2006数据包模式 • IEEE 802.15.4-2006 SPORT模式 在 使 能 和 禁 用 自 动 FCS域 生 成 功 能 两 种 情 况 下 ， 所需的工作模式通过寄存器rc_cfg的域rc_mode选择。 TX_BUFFER中的帧格式如图34所示。 有关如何配置IEEE 802.15.4-2006 TX SPORT模式的详情， 必须设置寄存器tx_m的域preemp_filt = 1，使能调制器预加 请参见“SPORT接口”部分。 重滤波器。如果仅使用数据包模式，则此滤波器默认使 能；如果使用SPORT模式，则必须进行编程。 IEEE 802.15.4-2006发射机时序和控制 通过将寄存器rc_cfg的域rc_mode设为0(0x13E)，可选择支 本部分适用于使能IEEE 802.15.4-2006数据包模式时的情 况。两个延迟定时器(寄存器delaycfg1的域tx_mac_delay和 持数据包管理器的IEEE 802.15.4-2006兼容模式。在此模式 寄存器delaycfg2的域mac_delay_ext)会在RC_TX命令之后的 下，ADF7241数据包管理器自动产生IEEE 802.15.4-2006兼 CS信号上升沿与发射操作开始之间引入一个受控延迟，从 容前同步码和SFD。也可以选择使用非标准SFD，方法是 而保持对传输时隙的精确控制。图35显示了发射操作的时 用所需的其它SFD设置寄存器sfd_15_4。详情参见“接收机” 序 ， 其 中 假 设 ADF7241在 执 行 RC_TX命 令 之 前 处 于 部分的“可编程SFD”小节。专用RAM(数据包RAM)有256个 字节，构成TX_BUFFER和RX_BUFFER，用于存储发射和 PHY_RDY、RX或TX状态。 接收包。包报头必须是写入TX_BUFFER的第一个字节。 如“功率放大器”部分所述，使能后外部PA接口将在频率合 TX_BUFFER第 一 个 字 节 的 地 址 存 储 在 寄 存 器 txpb的 域 成器校准之前上电，以为偏置伺服环路的建立提供充足的 tx_pkt_base中。 时间。PA的斜升在总MAC延迟时间逝去之前不久完成。 如 果 已 使 能 中 断 ， 则 在 转 换 到 TX状 态 时 将 产 生 一 个 如 果 已 禁 用 自 动 FCS域 生 成 功 能 ( 寄 存 器 pkt_cfg的 域 rc_ready中断(参见“中断控制器”部分)。PA斜升阶段完成之 auto_fcs_off设为1)，则必须将包括FCS在内的全帧写入 后，收发器进入TX状态。在收发器进入TX状态之前，完 TX_BUFFER。这种情况下，写入TX_BUFFER的字节数必 成PA斜升所需的最短和最长时间由表11中的参数t35给 须与PHR域中指定的长度相等。 出。 2 1 0 TO 20 n 2 FCF ADDRESS INFORMATION FRAME PAYLOAD FCS 2 1 0 TO 20 n SEQ NUM REGISTER pkt_cfg, FIELD auto_fcs_off = 0 PHR 1 REGISTER txpb, FIELD tx_pkt_base + 5 + (0 to 20) + n FCF REGISTER txpb, FIELD tx_pkt_base REGISTER rc_cfg, FIELD rc_mode = 0 ADDRESS INFORMATION FRAME PAYLOAD REGISTER txpb, FIELD tx_pkt_base REGISTER txpb, FIELD tx_pkt_base + 5 + (0 to 20) + n – 2 图9. IEEE 802.15.4-2006 TX SPORT模式 Rev. 0 | Page 28 of 72 09322-015 REGISTER pkt_cfg, FIELD auto_fcs_off = 1 PHR 1 SEQ NUM 如 果 已 使 能 自 动 FCS域 生 成 功 能 ( 寄 存 器 pkt_cfg的 域 ADF7241 EXTERNAL PA BIAS PA OUTPUT POWER TRANSMITTED PACKET RC_TX PREAMBLE SFD PHR PREVIOUS STATE RC_STATUS PSDU TX PHY_RDY tx_mac_delay + mac_delay_ext OPERATION SYNTH CALIBRATION REGISTER irq_src0, FIELD rc_ready 09322-013 REGISTER irq_src1, FIELD tx_sfd REGISTER irq_src1, FIELD tx_pkt_sent 图35. 发射时序和控制 192µs 0µs TO 1020µs tx_mac_delay mac_delay_ext 154µs INIT VCO_cal SYNTHESIZER SETTLING PA RAMP 22µs 52µs 80µs