ADF7021-N无线计量总线(WM-Bus)无线电性能(模式N)
简介
T本应用笔记描述ADF7021-N收发器配置为以无线计量总线 (WM-Bus)标准(文档EN 13757-4，模式N)进行工作时的无线 电性能，并重点描述适用于2.4 kbps和4.8 kbps工作模式的关 键接收器参数。这些参数是：功率范围内的包误差率(PER)、载波频率误差范围内的灵敏度、阻塞和邻道选择性。所有 PER测试均采用ADI公司的WM-Bus开发套件执行。该开发 套件包含完整的WM-Bus堆栈，运行在Renesas RL78微处理 器上。图1显示一块母板和一块子卡，均由该开发套件提供。
WM-BUS模式N 12.5 kHz通道规划
图2概要说明WM-Bus模式N 的12.5 kHz通道规划。共有6个 12.5 kHz通道，其中4个为4.8 kbps保留，2个为2.4 kbps保留。 本应用笔记中，使用通道1a和通道2a进行评估。
WM-BUS模式N规格
表1显示EN 13757-4的重要规格和性能要求。WM-Bus兼容接 收器分为三类：HR、MR和LR，分别对应最高性能、中等 性能和最低性能。最低灵敏度额定值为PER <80%。
| 参数 | 模式 | 注释 | |
| 2.4 kbps | 4.8 kbps | ||
| 最小灵敏度 | −115 dBm | −112 dBm | 80% PER时的20字节帧 |
| 频率误差容差 | ±2 kHz | ±1.5 kHz | 接收器必须能够纠正这些载波频率误差 |
| 频率偏差 | 2.4 kHz | 2.4 kHz | 最小值：±1.68 kHz；最大值：±3.12 kHz |
| 调制 |
高斯频 移键控 (GFSK) |
GFSK | 高斯BT = 0.5 |
| 数据速率容差 | ±100 ppm | ±100 ppm | |
| 前同步码长度 | 16位 | 16位 | 数据：0x5555 |
| 同步长度 | 16位 | 16位 |
帧格式A数据：0xF68D 帧格式B数据：0xF672 |
| 阻塞，2 MHz | 37.5 dB | 37.5 dB | HR 等级接收器需要用到；根据EN 300 220-1第8.4.3节计算， |
| 阻塞，10 MHz | 62.5 dB | 62.5 dB | 其中A = 9 kHz |
| 邻道抑制 | 40 dB | 40 dB | HR 等级接收器需要用到 |
测试设置
本应用笔记中，用来获取结果的测试设置如下：
- 所有PER测试均采用ADI公司的WM-Bus开发套件执行。 该套件内含Renesas RL78微处理器，运行完整的WM-Bus 协议堆栈。
- 适用的测试方法符合EN 300 220-1标准。
- 图3显示用于全部PER测试的数据包。数据包采用格式A 的包类型格式，长度为24字节，包括前同步码和同步字 (SWD)。执行灵敏度测量时，根据EN 13757-4指定20字 节帧。
- 未使用循环冗余校验(CRC)测量数据包是否正确。只有 SWD的全部位以及20字节帧正确时，才在接收到数据包 时进行记录。未使用前向纠错(FEC)。
- Renesas RL78包含自动频率控制(AFC)算法，当射频(RF) 载波信号存在频率误差时能最大程度提升灵敏度性能。 该算法包括前同步码检测功能，确保存在噪声时具有低 错误数据包检出率。若不采用该算法则无法在指定的前 同步码位数内纠正RF频率误差。
- 注意，阻塞和选择性结果通过误码率(BER)测试获取。 若使用了PER测试方法，测试结果将下降2 dB至3 dB。
- 该测试使用EVAL-ADF7021-NDB9Z板执行。有关该板的 详细信息请参考ADF7021-N产品页面。
- 本文罗列的结果为5块子卡在室温下测量的典型值。
2.4 kbps模式测试结果
下列结果适用于通道2a和通道2b，分别对应于WM-Bus子 模式N1c、子模式N2c、子模式N1d和N2d。
2.4 kbps模式灵敏度
图4显示以1 dB步进，在−125 dBm至+10 dBm范围内扫描输 入功率时获得的PER结果。从该曲线中并不能清楚地看出 PER基底。在灵敏度以上的全部功率中，该基底测量值都 低于0.2%。表2列出了各种PER水平下，灵敏度水平的点测 量结果。这些结果满足最低灵敏度要求。
| RF通道 (MHz) |
有效载荷 (字节) |
PER (%) |
灵敏度 (dBm) |
WM-Bus 限值(dBm) |
| 169.43125 | 20 |
80 20 1 |
−121.5 −120 −118 |
−115 N/A1 N/A1 |
1 N/A表示不适用。
2.4 kbps模式灵敏度与RF频率误差的关系
图5显示随着RF频率误差增加至EN 13757-4所指定的±2 kHz 限值水平时，灵敏度的变化情况。灵敏度水平为80% PER。
2.4 kbps模式阻塞性能
图6显示频率超过±30 MHz时，接收器的阻塞性能。器件根 据EN 300 220-1第8.4.2节所描绘的BER传导测量方法进行测 试。表3显示根据EN 13757-4标准进行偏移时的点测量结果。 这些结果符合HR等级接收器要求。
| RF通道 (MHz) |
干扰偏移 (MHz) |
阻塞 (dB) |
HR等级 接收器 限值(dB) |
| 169.43125 |
+2 −2 +10 −10 |
84 83.5 84 83 |
37.5 37.5 62.5 62.5 |
2.4 kbps模式邻道选择性
图7显示小步进干扰分辨率下，频率超过±100 kHz时接收器 的阻塞性能。除了干扰步进尺寸，其余测试设置与2.4 kbps 模式阻塞测试部分相同。表4列出了邻道点测量结果。这 些结果符合HR等级接收器要求。
| RF通道 (MHz) |
干扰偏移 (kHz) |
阻塞 (dB) |
HR等级接收器 限值(dB) |
| 169.43125 |
+12.5 −12.5 |
42 42 |
40 N/A1 |
1 N/A表示不适用。
4.8 kbps模式测试结果
下列结果适用于通道1a、通道1b、通道3a和通道3b，分别对 应于WM-Bus子模式N1a、子模式N2a、子模式N1b、子模式 N2b、子模式N1e、子模式N2e、子模式N1f、子模式N2f。
4.8 kbps模式灵敏度
图8显示以1 dB步进，在−125 dBm至+10 dBm范围内扫描输 入功率时获得的PER结果。从该曲线中并不能清楚地看出 PER基底。在灵敏度以上的全部功率中，该基底测量值都 低于0.1%。表5列出了各种PER水平下，灵敏度水平的点测 量结果。这些结果满足最低灵敏度要求。
| RF通道 (MHz) |
有效载荷 (字节) |
PER(%) | 灵敏度 (dBm) |
WM-Bus 限值(dBm) |
| 169.40625 | 20 |
80 20 1 |
−121 −119 −117 |
−112 N/A1 N/A1 |
1 N/A表示不适用。
4.8 kbps模式灵敏度与RF频率误差的关系
图9显示随着RF频率误差增加至EN 13757-4所指定的±1.5 kHz 限值水平时，灵敏度的变化情况。灵敏度水平为80% PER。
4.8 kbps模式阻塞性能
图10显示频率超过±30 MHz时，接收器的阻塞性能。器件根 据EN 300 220-1第8.4.2节所描绘的BER传导测量方法进行测 试。表6显示根据EN 13757-4标准进行偏移时的点测量结果。 这些结果符合HR等级接收器要求。
| RF通道 (MHz) |
干扰偏移 (MHz) |
阻塞 (dB) |
HR等级 接收器 限值(dB) |
| 169.40625 |
+2 −2 +10 −10 |
83 82 84 83 |
37.5 37.5 62.5 62.5 |
4.8 kbps模式邻道选择性
图11显示小步进干扰分辨率下，频率超过±100 kHz时接收器 的阻塞性能。除了干扰步进尺寸，其余测试设置与4.8 kbps 模式阻塞测试部分相同。表7列出了邻道点测量结果。这 些结果符合HR等级接收器要求。
| RF通道 (MHz) |
干扰偏移 (kHz) |
阻塞 (dB) |
HR等级 接收器 限值(dB) |
| 169.40625 |
+12.5 −12.5 |
42 41 |
40 N/A1 |
1N/A表示不适用。
结论
ADF7021-N配置为WM-Bus模式N时具有出色的灵敏度， 针对所需的最低灵敏度规格可提供极大的裕量。
当RF载波上存在频率误差时，Renesas RL78上运行的AFC算 法可确保具有出色的灵敏度。该算法包括前同步码检测功 能，存在噪声时可提供低错误数据包检出率。
在HR等级的接收器要求下，阻塞性能具有极大的裕量。
邻道选择性符合HR等级接收器要求，具有较小裕量。
TWM-Bus开发套件提供功能完整的堆栈、参考代码和图形 用户界面(GUI)供评估。欲了解更多有关购买WM-Bus开发 套件的信息，请联系当地的ADI销售代表。
参考电路
EN 13757-4:2013. “Communication systems for meters and remote reading of meters — Part 4: Wireless meter readout (Radio meter reading for operation in SRD bands)” (European Normal standard, 2013).
ETSI EN 300 220-1,V2.4.1 (2012-1), “Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radio equipment to be used in the 25 MHz to 1 000 MHz frequency range with power levels ranging up to 500 mW” (European Telecommunications Standards Institute (ETSI) standard, 2012).