900MHz全双工无线发射器参考设计

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该参考设计利用MAX2902单芯片发送器构建900MHz全双工发射器，MAX2902专为868MHz至915MHz波段的应用而设计，符合FCC CFR47第15.247章节关于902MHz至928MHz ISM波段的规范。当VCC = 2.9V、ICC = 170mA时，该参考设计能够输出大于+19dBm的功率；当VCC = 3.3V、ICC = 190mA时，能够输出大于+20dBm的功率，并且在VSWR为10:1 (全角)时，能够提供14dB的CNR (1.22Mbps BPSK)。
         

       
       
       
        图1. 参考设计板采用MAX2902单芯片发送器，设计工作在868MHz至915MHz波段。器件完全符合FCC CFR47第15.247章节关于902MHz至928MHz ISM波段的规范。
       
       
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        图2. MAX2902 900MHz BPSK发送器参考设计框图，

         

          本文给出了特性报告(v1b)、方框图和接口连接，为减少来自PA的耦合，Tx IC的VCO、TCXO采用独立的LDO供电。LDO的第二路输出为合成器和Tx IC (PA除外)供电，发送器的PA直接由系统电源(VCC_MAIN) 供电。此外，VSWR为8:1时，PA要求在满足20% EVM的条件下输出功率大于18dBm。这个40MHz的WLAN TCXO用来作为一个临时替代品，原设计为16.36MHz GPS基准。PLL能够接受1MHz至50MHz范围的任何参考时钟频率。客户应根据成本和对调制前载波的相位噪声容限选择合适的TCXO。
       
         

实验室测试

         
        系统性能总结
        测量在以下条件下进行：测试ANT RF SMA，VCC = 3.3V、TA = +25°C、REF-OSC频率 = 40MHz、PLL锁定在900MHz、LDOEN = 高电平、CSB = 高电平、SCLK = DIN = 低电平、2.5VP-P 1.0Mbps PN码流(未滤波)作用在BPSK输入，必要时会提供附加说明。
           

Parameter	Conditions and Comments			Target	Measured	Units
Supply Current	Shutdown mode (LDOEN = LOW), VCC = 4.5V (worst case)				1.7	?A
	For +17.5dBm at LPF output (VASK = 2.1)                                         Includes LMX2353 synthesizer and TCXO supply current.			141	104	mA
Tuning Range	Range of VCO, freq determined by PLL			902 to 928	902 to 928	MHz
LO Integrated Phase Error	In 2MHz BW of demodulator, no modulation				1.6	°RMS
Phase EVM	EVM contribution from the above RMS phase error                                         (for small angles, approximate EVM by ΦERR/(360/2pi)				2.8	%
Magnitude EVM	No modulation				0.2	%
	1.0Mbps PN sequence BPSK modulation				13 to 14	%
Full-Power EVM	VASK = 2.1V, 8:1 VSWR (worst-case angle)                                         Dominated by distortion due to VCO pulling	VCC_MAIN = 2.7V, ICC = 106mA (50Ω pwr = +16.9dBm)		20	40.2	%
		VCC_MAIN = 3.3V, ICC = 114mA (50Ω pwr = +19.2dBm)		20	43.6
		VCC_MAIN = 4.0V, ICC = 138mA (50Ω pwr = +20.6dBm)		20	53.3
		VCC_MAIN = 4.5V, ICC = 299mA (50Ω pwr = +21.3dBm)		20	30.1
Output Power	50Ω load, 1.0Mbps BPSK modulation                                                                                 (Power at balun output is approx 1dB higher, due to BPF, T-line, SMA)                                                                                 EVM for specified VSWR (worst-case phase angle) is less than 20%	VASK = 2.1V                                         (for 1:1 VSWR tolerance)	VCC_MAIN = 2.7V, ICC = 103mA		16.9	dBm
			VCC_MAIN = 3.3V, ICC = 133mA	17.5	19.2
			VCC_MAIN = 4.0V, ICC = 141mA		20.6
			VCC_MAIN = 4.5V, ICC = 145mA		21.3
		VASK = 1.7V                                         (for 4:1 VSWR tolerance)	VCC_MAIN = 2.7V, ICC = 103mA		16.7
			VCC_MAIN = 3.3V, ICC = 108mA		18.2
			VCC_MAIN = 4.0V, ICC = 112mA		19.0
			VCC_MAIN = 4.5V, ICC = 114mA		19.4
		VASK = 1.6V                                         (for 8:1 VSWR tolerance)	VCC_MAIN = 2.7V, ICC = 95mA		16.2
			VCC_MAIN = 3.3V, ICC = 99mA		17.2
			VCC_MAIN = 4.0V, ICC = 102mA		17.8
			VCC_MAIN = 4.5V, ICC = 104mA		18.1
Reference Spurs	fCOMP = 2MHz, worst-case condition: VCC = 4.5V, +21.3dBm output power                                         Actual measurement was < -63dBc (below noise floor of VSA)			< -41	< -42	dBm/MHz
Output Harmonics	2nd harmonic levels, at LPF output (limit is -27dBm/MHz in nonrestricted bands)			< -30	-42	dBm/MHz
	3rd harmonic levels, at LPF output (limit is -41dBm/MHz in restricted bands)			< -49	-54

       
       
        [url=http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/18/52391605b8cbe.gif] [/url]
       
        图3. 输出功率和电源电流在不同工作电压情况下与PA增益(VASK)的对应关系

         
        注意：该参考设计在Tx输出端使用了一个900MHz的BPF (约0.6dB IL)。参考设计和评估板PA端能够提供几乎相同的输出功率。
       
        满功率输出时，参考设计的电源电流低于10mA，高于评估板的电流，原因是增大了PA的偏置从而降低VCO牵引。

       
        [url=http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/18/52391606af0ab.gif] [/url]
       
        图4. 输出功率和EVM在不同VSWR情况下与PA增益(VASK)的对应关系

         
        推荐工作点反映了在最大VSWR (最差工作条件)下，EVM保持在低于20%时的VASK值。
       
        参考设计能够在相同EVM条件下提供更高的标称输出功率。

       
        [url=http://upload.semidata.info/new.eefocus.com/article/image/2013/09/18/52391607af1d5.gif] [/url]
       
        图5. 输出功率和EVM在不同VSWR下与VCC的对应关系

         
        本设计中，VASK按照系统可以允许的最差VSWR进行优化。减小VASK，POUT下降，但VSWR增大时能够保持EVM。按照以下VASK设置使EVM限制在20%以内：
        设计为1:1 VSWR下容许电压 ≥ 2.1V
        设计为4:1 VSWR下容许电压 ≥ 1.7V
        设计为8:1 VSWR下容许电压 ≥ 1.6V
         
        详细说明
          MAX2902是专为868MHz至915MHz波段设计的单芯片发送器，符合FCC CFR47第15.247章节关于902MHz至928MHz ISM波段的规范。
           
          发送器IC具有极高集成度，大大减少了外部元件的数量。器件集成了发送调制器、功率放大器、RF VCO、8通道频率合成器以及基带PN码流低通滤波器。通过对BPSK调制信号滤波，降低了杂散信号的辐射，在美国ISM波段内能够获得8个独立的发送信道。为BPSK、ASK和OOK扩频提供输入；通过直接调制VCO可以实现调频(FM)。该器件适用于配合外部差分天线工作。
         
       
        本参考设计中，MAX2902作为发送IC工作在900MHz频段，通过National Semiconductor的LMX2353 N分数PLL控制。