ADF7030 - 1硬件设计全面解析

一、引言

在当今的无线通信领域，低功耗、高性能的射频收发器至关重要。ADF7030 - 1作为一款优秀的低功耗、高性能、完全集成的射频收发器，在亚GHz频率范围内支持广泛的调制方案和信道宽度，受到众多硬件工程师的关注。本文将依据其硬件参考手册，为大家详细介绍ADF7030 - 1的硬件设计要点。

文件下载：EV-ADF70301-169BZ.pdf

二、ADF7030 - 1概述

ADF7030 - 1具有片上ARM® Cortex® - M0处理器，可执行无线电控制和无线电数据包管理。它支持亚GHz频率范围的多种调制方案和信道宽度，适用于各种无线通信应用。

三、评估与开发平台

（一）ADF7030 - 1 EZ - KIT

ADF7030 - 1 EZ - KIT是用于ADF7030 - 1高性能亚GHz射频收发器IC的评估和开发系统。它有四种型号，分别覆盖169 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz的主要工业、科学和医疗（ISM）频段，具体型号和频率范围如下表所示：	Model	Frequency (MHz)
ADF70301 - 915EZKIT	902 to 928
ADF70301 - 868EZKIT	863 to 876
ADF70301 - 433EZKIT	433 to 434
ADF70301 - 169EZKIT	169

（二）子板

除了上述套件，还可以单独订购覆盖不同频率范围（如450 MHz至470 MHz）或具有不同匹配拓扑的子板，并与ADF7030 - 1 EZ - KIT一起使用。具体子板信息如下表：	Board Name	Match	Frequency (MHz)	Reference Populated	Reference Connected	PA Connected
EV - ADF70301 - 915AZ	Separate	915	XTAL	XTAL	Both
EV - ADF70301 - 915CZ	Combined	915	XTAL	XTAL	PA1
EV - ADF70301 - 915DZ	Combined	915	TCXO	TCXO	PA1
EV - ADF70301 - 915EZ	Combined	915	XTAL	XTAL	PA2
EV - ADF70301 - 868BZ	Separate	868	TCXO	TCXO	Both
EV - ADF70301 - 868EZ	Combined	868	XTAL	XTAL	PA2
EV - ADF70301 - 460BZ	Separate	460	TCXO	TCXO	Both
EV - ADF70301 - 433AZ	Separate	433	XTAL	XTAL	Both
EV - ADF70301 - 433CZ	Combined	433	XTAL	XTAL	PA1
EV - ADF70301 - 169BZ	Separate	169	TCXO	TCXO	Both

四、引脚描述

（一）硬件复位引脚

硬件复位引脚((overline{RST}))被主机微处理器拉低时，ADF7030 - 1会进行硬件复位。为防止意外复位，建议在RST引脚使用100 kΩ上拉电阻。

（二）SPI接口

ADF7030 - 1的SPI接口由(overline{CS})、SCLK、MISO和MOSI引脚组成，它作为SPI从机与外部主机微处理器通信。若设备处于PHY_SLEEP状态，拉低(overline{CS})引脚可唤醒ADF7030 - 1。为防止意外唤醒，建议在(overline{CS})引脚使用100 kΩ上拉电阻。

（三）稳压器稳定电容

在ADF7030 - 1的CREG1、CREG2、CREG3、CREG4、CREG5、CREG6和CREG7引脚处，需要连接一个220 nF的接地电容，以确保稳压器的稳定性和噪声抑制。此外，在CREG3引脚处还建议连接第二个接地电容，以减少功率放大器（PA）谐波传输到设备的幅度。不同频率下第二个去耦电容的推荐值如下表：	Frequency (MHz)	Value (pF)
915	6.8
868	18
460	47
433	68
169	220

（四）电压供应引脚和去耦电容

ADF7030 - 1需要2.2 V至3.6 V的电源电压，最大发射输出功率取决于CREG3引脚的可编程稳压器电压。不同发射功率水平所需的最小电源电压如下表：	Tx Power Level (dBm)	Programmable Voltage at CREG3 (V)	Minimum Supply Voltage Required (V)
≥17	2.65	2.85
16	2.4	2.6
15	2.2	2.4
14	2.0	2.2
13	1.85	2.2
<13	1.85	2.2

同时，在ADF7030 - 1的六个电压供应引脚（VBAT1、VBAT2、VBAT3、VBAT4、VBAT5和VBAT6）附近应尽可能靠近放置100 nF的去耦电容。

（五）片外环路滤波器电容

片外环路滤波器电容（CLF）用于集成ADF7030 - 1电荷泵的电流脉冲，形成一个电压来调谐压控振荡器（VCO）的输出频率。它还能衰减锁相环（PLL）产生的杂散电平。环路滤波器带宽由ADF7030 - 1根据编程的数据速率自动设置，除了需要在CLF引脚和CREG1引脚之间连接一个1.2 nF的外部电容外，该环路滤波器是完全集成的。

（六）外露焊盘（仅40引脚LFCSP版本）

ADF7030 - 1的接地通过外露焊盘（EPAD）实现，EPAD必须焊接到PCB接地。使用多个过孔从EPAD连接到接地平面，以最小化射频（RF）信号和噪声的返回路径阻抗。

（七）接地引脚（仅48引脚LQFP版本）

接地引脚（GND）必须连接到公共接地平面，要注意最小化RF信号和噪声的返回路径阻抗。

（八）PA和低噪声放大器（LNA）连接

关于LNAINx和PAOUTx引脚的详细信息，请参考RF匹配网络部分。

（九）通用输入/输出（GPIO）引脚

ADF7030 - 1有八个GPIOx引脚，这些引脚高度可配置，可提供控制外部开关、PA和LNA的信号，以及在ADF7030 - 1和主机微处理器之间传输中断信号等功能。默认的GPIOx引脚配置如下表：	GPIOx Pin	Default Function
GPIO0	Reserved
GPIO1	Reserved
GPIO2	Interrupt input
GPIO3	Interrupt output
GPIO4	Interrupt input
GPIO5	Interrupt output
GPIO6	External low frequency crystal input
GPIO7	External low frequency crystal input

如果用户将GPIOx引脚配置为ADF7030 - 1的输入中断，建议在这些引脚上使用100 kΩ下拉电阻，以防止不必要的中断。

五、频率参考

（一）主频率参考

可以使用标准晶体振荡器或温度补偿晶体振荡器（TCXO）作为ADF7030 - 1的主频率参考。对于要求高RF频率精度的应用，如RF信道宽度小于25 kHz的窄带系统，通常使用TCXO。

（二）实时时钟（RTC）功能

ADF7030 - 1具有实时时钟（RTC）功能，可使用内部26 kHz低功耗RC振荡器或外部32.768 kHz振荡器作为RTC的时钟源。外部32.768 kHz振荡器提供更高的唤醒时间精度，而内部26 kHz RC振荡器功耗更低。

（三）TCXO参考

ADF7030 - 1需要26 MHz的TCXO输入，将TCXO直流耦合到ADF7030 - 1的HFXTALN引脚，HFXTALP引脚不连接。

（四）晶体参考

如果使用晶体提供高频参考，晶体频率必须为26 MHz，并连接在ADF7030 - 1的HFXTALP和HFXTALN引脚之间。晶体必须工作在并联模式，并且需要两个并联负载电容来确保在正确的频率下振荡。负载电容的选择要确保添加到PCB走线电容和ADF7030 - 1输入引脚电容的并联电容值等于晶体的指定负载电容。

（五）32.768 kHz唤醒晶体（可选）

如果需要比内部26 kHz振荡器更高的唤醒精度，用户可以在GPIO6和GPIO7引脚之间连接一个外部32.768 kHz晶体振荡器。晶体振荡器必须工作在并联模式，同样需要两个并联负载电容。

六、应用电路

ADF7030 - 1具有两个发射功率放大器，这使得在选择阻抗匹配网络时具有灵活性。例如，当所需发射功率小于13 dBm时，功率放大器1（PA1）是最有效的选择。对于需要单天线连接的应用，建议使用外部开关，并且PA和LNA的匹配网络也可以组合使用，但组合的RF匹配网络性能会有所损失。

七、RF匹配网络

（一）PA1单独匹配网络

PA1匹配网络使用一个并联电容和两个串联电感（L14、L6和C21），在169 MHz工作时，还需要一个由L16、C41和R7组成的谐波终止电路。不同频率下PA1匹配网络的组件值如下表（40引脚LFCSP和48引脚LQFP略有不同）：	Component	Value at 169 MHz	Value from 426 MHz to 470 MHz	Value from 863 MHz to 960 MHz
C15	27 pF	6.8 pF	Not applicable
C16	27 pF	6.8 pF	2.7 pF
C20	100 nF	270 pF	56 pF
C21	15 pF	6.8 pF	2.7 pF
C41	33 pF	Not applicable	Not applicable
L1	12 nH	19 nH	Not applicable
L2	47 nH	33 nH	11 nH
L3	12 nH	19 nH	11 nH
L6	82 nH	23 nH	13 nH
L11	470 nH	82 nH	40 nH
L14	82 nH	19 nH	13 nH
L16	27 nH	Not applicable	Not applicable
R7	50 Ω	Not applicable	Not applicable

（二）PA2单独匹配网络

PA2匹配网络使用L10、L13电感和C25电容，在169 MHz工作时，需要一个由L15、C40和R8组成的谐波终止电路。不同频率下PA2匹配网络的组件值如下表（40引脚LFCSP和48引脚LQFP略有不同）：	Component	Value at 169 MHz	Value from 426 MHz to 470 MHz	Value from 863 MHz to 960 MHz
C22	18 pF	6.8 pF	Not applicable
C23	18 pF	6.8 pF	2.7 pF
C24	100 nF	270 pF	56 pF
C25	18 pF	6.8 pF	3.3 pF
C40	33 pF	Not applicable	Not applicable
L7	43 nH	20 nH	Not applicable
L8	82 nH	40 nH	11 nH
L9	43 nH	20 nH	11 nH
L10	56 nH	18 nH	9 nH
L12	470 nH	82 nH	40 nH
L13	68 nH	11 nH	8.2 nH
L15	27 nH	Not applicable	Not applicable
R8	38 Ω	Not applicable	Not applicable

（三）LNA单独匹配网络

LNA匹配电路进行差分到单端转换和阻抗变换至50 Ω，匹配组件包括电感L4和L5以及电容C18和C19。电容C17和C14用于阻断直流电平。不同频率下LNA匹配网络的组件值如下表（40引脚LFCSP和48引脚LQFP略有不同）：	Component	Value at 169 MHz	Value from 426 MHz to 470 MHz	Value from 863 MHz to 960 MHz
C14	2.2 nF	270 pF	56 pF
C17	2.2 nF	270 pF	56 pF
C18	12 pF	4.7 pF	2.7 pF
C19	12 pF	2.7 pF	1 pF
L4	56 nH	13 nH	5.1 nH
L5	56 nH	19 nH	8.7 nH

（四）组合匹配网络

组合匹配电路允许PA和LNA共享一个天线，虽然性能不是最优，但具有一定的实用性。LNA匹配电路与单独的LNA匹配类似，PA匹配电路由一个串联电容和一个并联电感组成，在天线和组合匹配之间放置一个谐波滤波器。40引脚LFCSP的组合匹配网络组件值如下表：	Component	Value at 433 MHz with PA1 Connected	Value at 868 MHz with PA2 Connected	Value at 915 MHz with PA1 Connected	Value at 915 MHz with PA2 Connected
C5	270 pF	Do not install	56 pF	Do not install
C6	Do not install	56 pF	Do not install	56 pF
C14	12 pF	10 pF	6.8 pF	10 pF
C15	6.8 pF	2.7 pF	2.7 pF	2.7 pF
C16	6.8 pF	2.7 pF	2.7 pF	2.7 pF
C17	270 pF	56 pF	56 pF	56 pF
C18	4.7 pF	1.8 pF	1.5 pF	1.5 pF
C19	1.5 pF	1.8 pF	1.8 pF	1.5 pF
C20	12 pF	3.3 pF	3.3 pF	3.3 pF
L1	19 nH	11 nH	11 nH	11 nH
L2