高性能ISM频段OOK/FSK发射机IC——ADF7901深度解析

在如今的无线通信领域，低功耗、高性能的发射机IC是实现高效无线连接的关键。ADF7901作为一款出色的单芯片低功耗UHF发射机，在RF遥控设备等应用中展现出了卓越的性能。下面我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：ADF7901.pdf

1. 芯片特性

1.1 频率与功耗

• 频率范围：采用分数N PLL和完全集成的VCO，可在369.5 MHz至395.9 MHz频率范围内工作。
• 功耗表现：3.0 V供电电压下，在384 MHz、12 dBm输出时，电流消耗低至26 mA，还有功耗极低的掉电模式（<1 μA）。

  1.2 数据速率与调制

• 数据速率：支持高达50 kbps的数据速率。
• 调制方式：能够在八个不同通道上进行频移键控（FSK）调制，通过三条外部控制线选择通道；开关键控（OOK）调制则通过调制PA控制线实现。

  1.3 封装形式

  采用24引脚TSSOP封装，便于在电路板上进行布局和焊接。

2. 工作原理与设计要点

2.1 功能框图与工作原理

芯片内部的VCO工作频率是输出频率的2倍，VCO输出端的二分频可减少PA馈通，轻松实现大于50 dB的OOK调制深度。通过调整系统中的FSK_ADJ和ASK_ADJ电阻，可针对每种调制方案优化输出功率，还为较低通道组额外提供1.5 dB的输出功率以调整天线性能。CE线可使发射机完全掉电，此时漏电流通常为0.1 μA。

2.2 电路设计要点

2.2.1 环路滤波器

环路滤波器将电荷泵的电流脉冲积分形成电压，用于将VCO的输出调谐到所需频率，同时衰减PLL产生的杂散电平。推荐的环路滤波器设计带宽为297 kHz，这是在拍频杂散衰减和最小化PA开启时的啁啾之间进行权衡的结果。在FSK模式下，使用更窄的环路带宽可改善杂散性能，例如对于20 kbps的数据速率，约50 kHz的环路带宽较为合适。

2.2.2 通道频率

九个通道频率可通过改变分数PLL中的N和F值从单个9.8304 MHz晶体参考获得，通道频率公式为 (F{CHANNEL }=F{REF } times(N+F))。不过VCO通常在344 MHz至401 MHz频率范围内调谐，只要使用所需的参考频率，就可获得该范围内的任何通道频率。

3. 规格参数

3.1 RF特性

通道	频率（MHz）
1	369.5
2	371.1
3	375.3
4	376.9
5	384.0
6	388.3
7	391.5
9	395.9

3.2 传输参数

• 传输速率：FSK和OOK模式下均支持高达50 kbps。
• 频率偏移：FSK分离为 -34.8 kHz（数据 = 1），OOK为 +34.8 kHz（数据 = 0）。
• 调制深度：输出功率为12 dBm时，调制深度为83 dB。
• 输出功率：不同频率范围有不同的输出功率表现，如 (f{OUT} ≤ 384 MHz) 时，输出功率为10 - 12 dBm；(f{OUT} > 384 MHz) 时，为7 - 10.5 dBm。

3.3 其他参数

还包括锁相环（PLL）的VCO增益、杂散、谐波等参数，以及参考输入、功率放大器、时序信息和温度范围等方面的规格。

4. 引脚配置与功能

引脚编号	引脚名称	功能描述
1	DV DD	数字电路正电源，需3.0 V，应尽可能靠近该引脚放置去耦电容到模拟接地平面。
2	C REG1	应添加2.2 μF电容以降低调节器噪声并提高稳定性。
3	CP OUT	电荷泵输出，产生的电流脉冲在环路滤波器中积分。
4	TxDATA	输入要传输的数字FSK数据。
5	D GND	数字部分接地。
6	NC	无连接。
7	D GND	数字部分接地。
9	OSC2	与地之间应连接电容，参考晶体应连接在该引脚和OSC1引脚之间。
10	OOK_SEL	该引脚为高电平时，CE为高时选择384 MHz的OOK模式。
11	FSK1	FSK通道选择引脚，代表通道选择引脚的最低有效位。
12	FSK2	FSK通道选择引脚。
13	FSK3	FSK通道选择引脚。
14	CE	拉低该引脚使ADF7901进入掉电模式，电流消耗 <1 μA。
15	RSET_OOK	该电阻值设置OOK模式下数据 = 1时的输出功率。
16	RSET_FSK	该电阻值设置FSK模式下的输出功率。
17	C VCO	应在C VCO和C REG2引脚之间连接22 nF电容，以确保VCO稳定运行。
18	VCO IN	该引脚的调谐电压决定VCO的输出频率。
19	RF GND	发射机输出级接地。
20	RF OUT	调制信号从此引脚输出，输出功率范围为 -5 dBm至 +12 dBm。
21	DV DD	VCO和PA部分的电压电源，需3.0 V，应靠近该引脚放置去耦电容到接地平面。
22	PA_EN	用于启用功率放大器，OOK模式下用OOK数据调制，FSK模式下PLL锁定时启用。
23	R SET	外部电阻，设置电荷泵电流和一些内部偏置电流，默认使用3.6 kΩ。
24	C REG2	应添加2.2 μF电容以降低调节器噪声并提高稳定性。

5. 布局指南

5.1 去耦

在芯片的电源引脚附近应尽可能靠近放置去耦电容（高频22 pF，低频100 nF），推荐使用0402和0603尺寸的元件以实现电源的高频抑制。

5.2 调节器稳定性

(C{REG 1}) 和 (C{REG2}) 上至少需要1 μF电容以确保稳定性，还可添加22 pF电容以抑制更高频率的噪声。

5.3 接地

添加去耦电容后，要重视接地。PA级在最大功率模式下会切换15 mA的电流，会导致接地变化，产生大的回流电流，可能辐射到电路板的其他部分。应确保从 (RF_{GND}) 到电池接地的最短且无障碍的接地路径，4层电路板和顶层敷铜有助于改善接地，接地路径不应有过孔，且应采用宽走线。

5.4 电源

电源走线可通过过孔布线，因为过孔可作为自由电感，便于在2层电路板上进行布局，走线应尽量宽。

5.5 数字线

数字线应串联一个大电阻，以阻挡包括谐波和载波频率在内的多种频率信号。长控制线可能会像天线一样工作，可添加接地电容，线路本身和数字引脚输入处已有一定的接地电容。

6. 总结

ADF7901凭借其低功耗、高性能和灵活的调制方式，在RF遥控设备等应用中具有很大的优势。在设计使用该芯片时，需要充分考虑其各项特性和布局要求，以确保系统的稳定性和性能。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的布局挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。