AN-2064: ADF7030-1接收器降敏避除算

简介

由于时钟源与敏感的模拟和RF电路之间存在有限隔离,片上集成式收发器系统(SoC)经常会出现杂散现象。当收发器 在特定的通道上以接收模式运行时,这些杂散现象可能导致其灵敏度降低(降敏)。解决降敏问题的传统方法是,在通道规划时将这些通道列入黑名单,从而避免使用这些通道。但是,减少通道数量会降低网络的容量,在跳频应 用中,则会降低网络规避干扰的能力。

本应用笔记描述了适用于ADF7030-1的简单软件算法,可以有效避除某些杂散现象导致的降敏。使用此软件算法之后, 无需再将通道加入黑名单,因此能够更充分地利用可用的频谱。


ADF7030-1


如果ADF7030-1接收器必须在通道化系统中按宽频段运行,例如902 MHz至928 MHz、863 MHz至876 MHz,或450 MHz至470 MHz,少量特定频率会因为杂散现象出现降敏。

一般来说,降敏主要由以下几种杂散现象导致:

  • 时钟源的原始谐波在接收器的带宽范围中。
  • 内部时钟的谐波与本地振荡器(LO)的高阶谐波混频,且落在接收器的基带带宽范围内。

软件算法要求主机在使用出现降敏问题的通道频率之前,先更改某些接收器设置。更改后的接收器设置会利用多个 片上特性,将干扰源移到接收器的带宽范围之外,使ADF7030-1接收器能在该通道上实现全部的灵敏度。

寄存器设置

PROFILE_RADIO_DIG_RX_CFG和PROFILE_RADIO_AFC_CFG2寄存器中包含有在主机处理器上运行,必须作为软件算法的一部分进行修改的接收器设置。表1和表2描述了每个寄存器的位段。软件算法使用这些位段。


接收器配置寄存器


地址:0x20000300,复位:0x00000000,名称:PROFILE_RADIO_DIG_RX_CFG

表1. PROFILE_RADIO_DIG_RX_CFG的位描述
位名称 描述 复位 访问
[31:30] DEMOD_SCALING 由ADF7030-1设计中心生成,或由ADI公司提供 0x0 R/W
[29:27] 保留 设为0。 0x0 R/W
26 反转型 0:使用点积配置解调。
1:使用交叉乘积配置解调。
0x0 R/W
[25:22] ADC_ANALOG_CLK_DIVIDE 相对于主时钟频率,对Σ-Δ模数转换器(ADC)时钟进行分频。 0x0 R/W
[21:18] DECIMATE_8XIF_CLK_DIVIDE 相对于主时钟频率,对DECIMATE_8XIF_CLK进行分频。 0x0 R/W
17 LOW_SIDE 选择高端或低端注入。
0:高端注入。
1:低端注入。
0x0 R/W
[16:13] DEMOD_CORE_CLK_DIVIDE 相对于主时钟,对解调核心时钟进行分频。 0x0 R/W
12 DEMOD_PRODUCT_SEL 点积/交叉乘积选择。 0x0 R/W
[11:8] DEMOD_POST_DEMOD_FILTER_BW 由ADF7030-1设计中心生成,或由ADI公司提供。 0x0 R/W
[7:0] DEMOD_DISC_BW 接收器鉴频器带宽。 0x0 R/W

自动频率控制(AFC)配置寄存器2


地址:0x20000320,复位:0x00000003,名称:PROFILE_RADIO_AFC_CFG2

表2. PROFILE_RADIO_AFC_CFG2的位描述
位名称 描述 复位 访问
[31:30] 保留 保留。 0x0 R
29 AFC_PRODUCT_SEL 由ADF7030-1设计中心生成,或由ADI公司提供。 0x0 R/W
28 AFC_INVERT AFC反相。 0x0 R/W
[27:22] AFC_BW AFC测量带宽(BW)。 0x0 R/W
[21:19] AFC_SAMPLE_RATE 由ADF7030-1设计中心生成,或由ADI公司提供。 0x0 R/W
[18:3] AFC_INITIAL_CONDITION 由ADF7030-1设计中心生成,或由ADI公司提供。 0x0 R/W
[2:0] AFC_MODE 由ADF7030-1设计中心生成,或由ADI公司提供。 0x3 R/W

FCC PART 15频段内的降敏频率—902 MHz至928 MHz


用例


表3描述了本应用笔记中讲解的7个用例。其中也包含接收器和降敏带宽。降敏带宽设置为接收器带宽的1.5倍。

表3. 用例
用例 数据速率 (kbps) 频率偏差(kHz) 最大频率误差(ppm) 中频(kHz) 接收器带宽(kHz) 降敏带宽(kHz)
UC10 10 5.0 10 81.25 20.0 30.0
UC12p5 12.5 50.0 10 180.55 135.42 203.13
UC25 25 6.3 10 103.17 77.38 116.07
UC50 50 25.0 10 135.42 101.57 152.35
UC100 100 25.0 13 180.55 135.42 203.13
UC150 150 37.5 25 270.83 203.12 304.68
UC300 300 75.0 10 406.25 395.00 592.50

分类


表4至表10描述了使用902 MHz至928 MHz频段的7个用例的通道频率,这些频率因为杂散现象出现了接收器降敏。每个频率都分了类别,这种分类在软件算法中也有使用。

表4. 在902 MHz至928 MHz频段内,UC10的问题频率分类
频率(MHz) 导致接收器降敏的原因 软件算法可以解决问题 软件算法的分类
903.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
910.0 26 MHz晶体(XTAL)的谐波 不适用
916.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
923.0 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
表5. 在902 MHz至928 MHz频段内,UC12p5的问题频率分类
频率(MHz) 导致接收器降敏的原因 软件算法可以解决问题 软件算法的分类
903.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
905.9 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
910.0 26 MHz XTAL的谐波 不适用
912.4 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
916.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
918.9 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
923.0 ADC时钟谐波和解调器时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN and DEMOD_DESENSE_CHAN
表6. 在902 MHz至928 MHz频段内,UC25的问题频率分类
频率(MHz) 导致接收器降敏的原因 软件算法可以解决问题 软件算法的分类
903.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
905.8 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
910.0 26 MHz XTAL的谐波 不适用
912.3 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
916.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
918.8 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
923.0 ADC时钟谐波和解调器时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN and DEMOD_DESENSE_CHAN
925.3 时钟和LO谐波混频 Yes CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
表7. 在902 MHz至928 MHz频段内,UC50的问题频率分类
频率(MHz) 导致接收器降敏的原因 软件算法可以解决问题 软件算法的分类
903.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
910.0 26 MHz XTAL的谐波 不适用
914.5 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
916.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
923.0 ADC时钟谐波和解调器时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN and DEMOD_DESENSE_CHAN
927.5 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
表8. 在902 MHz至928 MHz频段内,UC100的问题频率分类
频率(MHz) 导致接收器降敏的原因 软件算法可以解决问题 软件算法的分类
903.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
905.9 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
910.0 26 MHz XTAL的谐波 不适用
916.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
918.9 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
923.0 ADC时钟谐波和解调器时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN and DEMOD_DESENSE_CHAN
927.6 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
表9. 在902 MHz至928 MHz频段内,UC150的问题频率分类
频率(MHz) 导致接收器降敏的原因 软件算法可以解决问题 软件算法的分类
903.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
906.0 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
910.0 26 MHz XTAL的谐波 不适用
916.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
923.0 ADC时钟谐波和解调器时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN and DEMOD_DESENSE_CHAN
927.7 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
表10. 在902 MHz至928 MHz频段内,UC300的问题频率分类
频率(MHz) 导致接收器降敏的原因 软件算法可以解决问题 软件算法的分类
903.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
903.7 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
910.0 26 MHz XTAL的谐波 不适用
910.5 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
916.5 ADC时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN
923.0 ADC时钟谐波和解调器时钟谐波 ADC_DESENSE_CHAN and DEMOD_DESENSE_CHAN
923.5 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN
927.9 时钟和LO谐波混频 CLOCK_LO_HARM_DESENSE_CHAN

主机软件算法

参考表 4 至表 10,下列伪 C 代码从概念上描述了主机如何基于所需的通道频率来更改ADF7030-1射频配置文件,以规避降敏问题。在发布 CMD_PHY_RX 命令之前,在 PHY_ON 中实施这些射频配置文件设置更改。在更改这些设置之后,无需再发布CMD_CFG_DEV 命令。

AN-2064 Code Block 1

AN-2064 Code Block 2

AN-2064 Code Block 3

AN-2064 Code Block 4

AN-2064 Code Block 4

发射器/接收器匹配的组合结果

本测试使用的评估板支持次最优 RF 匹配。因此,基线接收灵敏度不能代表可达到的最佳性能。

Figure 1. Receiver Sensitivity (Measured at 5% Packet Error Rate (PER)) Without the Algorithm Applied (Blue) and with the Algorithm Applied (Red); Data Rate = 10 kbps, Modulation = GFSK, Frequency Deviation = 5 kHz, Combined Transmitter/Receiver Match
图 1. 接收器灵敏度(按 5% 分组错误率 (PER) 测量),未应用(蓝色)算法,应用了(红色)算法; 数据速率 = 10 kbps ,调制 = GFSK ,频率偏移 = 5 kHz ,组合的发射器 / 接收器匹配

 

Figure 2. Receiver Sensitivity (Measured at 5% PER) Without the Algorithm Applied (Blue) and with the Algorithm Applied (Red); Data Rate = 12.5 kbps, Modulation = GFSK, Frequency Deviation = 50 kHz, Combined Transmitter/Receiver Match
图 2. 接收器灵敏度(按 5%PER 测量),未应用(蓝色)算法,应用了(红色)算法;数据速率 = 12.5 kbps ,调制 = GFSK ,频率偏移 = 50 kHz ,组合的发射器 / 接收器匹配
Figure 3. Receiver Sensitivity (Measured at 5% PER) Without the Algorithm Applied (Blue) and with the Algorithm Applied (Red); Data Rate = 25 kbps, Modulation = GFSK, Frequency Deviation = 6.25 kHz, Combined Transmitter/Receiver Match
图 3. 接收器灵敏度(按 5%PER 测量),未应用(蓝色)算法,应用了(红色)算法;数据速率 = 25 kbps ,调制 = GFSK ,频率偏移 = 6.25 kHz ,组合的发射器 / 接收器匹配
Figure 4. Receiver Sensitivity (Measured at 5% PER) Without the Algorithm Applied (Blue) and with the Algorithm Applied (Red); Data Rate = 50 kbps, Modulation = GFSK, Frequency Deviation = 25 kHz, Combined Transmitter/Receiver Match
图 4. 接收器灵敏度(按 5%PER 测量),未应用(蓝色)算法,应用了(红色)算法;数据速率 = 50 kbps ,调制 = GFSK ,频率偏移 = 25 kHz ,组合的发射器 / 接收器匹配
Figure 5. Receiver Sensitivity (Measured at 5% PER) Without the Algorithm Applied (Blue) and with the Algorithm Applied (Red); Data Rate = 100 kbps, Modulation = GFSK, Frequency Deviation = 25 kHz, Combined Transmitter/Receiver Match
图 5. 接收器灵敏度(按 5%PER 测量),未应用(蓝色)算法,应用了(红色)算法;数据速率 = 100 kbps ,调制 = GFSK ,频率偏移 = 25 kHz ,组合的发射器 / 接收器匹配
Figure 6. Receiver Sensitivity (Measured at 5% PER) Without the Algorithm Applied (Blue) and with the Algorithm Applied (Red); Data Rate = 150 kbps, Modulation = GFSK, Frequency Deviation = 37.5 kHz, Combined Transmitter/Receiver Match
图 6. 接收器灵敏度(按 5%PER 测量),未应用(蓝色)算法,应用了(红色)算法;数据速率 = 150 kbps ,调制 = GFSK ,频率偏移 = 37.5 kHz ,组合的发射器 / 接收器匹配
Figure 7. Receiver Sensitivity (Measured at 5% PER) Without the Algorithm Applied (Blue) and with the Algorithm Applied (Red); Data Rate = 300 kbps, Modulation = GFSK, Frequency Deviation = 75 kHz, Combined Transmitter/Receiver Match
图 7. 接收器灵敏度(按 5%PER 测量),未应用(蓝色)算法,应用了(红色)算法;数据速率 = 300 kbps ,调制 = GFSK ,频率偏移 = 75 kHz ,组合的发射器 / 接收器匹配

 

作者

Edwin Umali

Edwin Umali

Edwin joined ADI in 2016 and has been supporting the RF ISM band transceivers ever since. Edwin has a doctoral degree from the University of Electro-Communications in Tokyo, Japan, majoring in wireless communications and signal processing.

Niall Kearney

Niall Kearney

Niall Kearney自都柏林大学毕业后加入了ADI利默里克RF部。 之后他在摩托罗拉担任RF设计人员,在Freescale Semiconductor担任RF系统架构师,从事蜂窝电话的2G/3G/4G收发器设计工作。 他于2009年重新加入ADI,从事物联网收发器工作,2017年加入集成精密部。 Niall还在科克大学教授频率生成课程,是机械工程科学学位课程的一部分。