+ All Categories
Home > Documents > Application Note AN002 - LSR Note AN002 ... This ISM band and modulation technique while amplified...

Application Note AN002 - LSR Note AN002 ... This ISM band and modulation technique while amplified...

Date post: 07-Apr-2018
Category:
Upload: hoangdat
View: 228 times
Download: 4 times
Share this document with a friend
21
Application Note AN002 Page 1 of 21 FCC Primer for Amplified 802.15.4 / 2.4GHz DSSS Applications An Article by Jason Olson Sr. RF Engineer at LS Research Abstract This application note focuses on FCC compliance limits for 2.4GHz DSSS radios being utilized in ZigBeecompliant and nonZigBeecompliant DSSS platforms. Integrated 2.4GHz transceivers and SoC (System on a Chip) radios allow engineers to quickly implement radio designs following manufacturers’ data sheets and application notes. Applicationspecific PAs and integrated RF “front ends” also enable increased performance by mating a PA or various combinations of integrated balun, PA, LNA and T/R switch to the singlechip radio. This produces a simple yet powerful design. The FCC limits stated in 47CFR 15.247 allow for a maximum of 1W conducted RF power output and up to a +6dBi antenna gain. This document will outline significant limitations in achieving TX output power to assist the engineer in investigating relevant factors before bringing the product to the certification lab.
Transcript

  Application Note AN002 

   Page 1 of 21       

 

FCC Primer for Amplified 802.15.4 / 2.4GHz DSSS Applications 

An Article by Jason Olson Sr. RF Engineer at LS Research 

Abstract 

This application note focuses on FCC compliance limits for 

2.4GHz DSSS radios being utilized in ZigBee‐compliant and 

non‐ZigBee‐compliant DSSS platforms.   

Integrated 2.4GHz transceivers and SoC (System on a Chip) 

radios allow engineers to quickly implement radio designs 

following manufacturers’ data sheets and application 

notes. Application‐specific PAs and integrated RF “front 

ends” also enable increased performance by mating a PA 

or various combinations of integrated balun, PA, LNA and 

T/R switch to the single‐chip radio. This produces a simple 

yet powerful design. 

The FCC limits stated in 47CFR 15.247 allow for a 

maximum of 1W conducted RF power output and up to a 

+6dBi antenna gain. This document will outline significant 

limitations in achieving TX output power to assist the 

engineer in investigating relevant factors before bringing 

the product to the certification lab. 

 

 

 

   

  Application Note AN002 

   Page 2 of 21       

 

Contents Abstract: ....................................................................................................................................................... 1 

1  Introduction ...................................................................................................................................... 3‐4 

2  Background and Conducted Bench Tests ......................................................................................... 4‐6 

3  15.247 Applicable RF Limits ................................................................................................................. 6 

3.1  Upper Band Edge Limits and FCC Restricted Bands ..................................................................... 6‐8 

3.2  Lower Band Edge Limits ............................................................................................................ 8‐9 

3.3  Spurious and Harmonic Limits ................................................................................................ 9‐10 

3.4  Harmonic Emissions, Filtering, and Shielding ........................................................................... 11 

3.5  Duty Cycle Relaxation ........................................................................................................... 12‐13 

3.6  Required Axis Scans .............................................................................................................. 13‐14 

3.7  Power Spectral Density (PSD) ............................................................................................... 14‐15 

3.8  Occupied Bandwidth (BW) ........................................................................................................ 15 

3.9  Conducted Output Power .......................................................................................................... 16 

4  15.247 Conducted Limit Summary .................................................................................................... 17 

5      Compliance Pre‐Scan .......................................................................................................................... 18 

6  Conclusions ........................................................................................................................................ 19 

7  Abbreviations and Definitions ........................................................................................................... 20 

8  Document History .............................................................................................................................. 20 

9  Document References ....................................................................................................................... 20 

10  Company Information .................................................................................................................... 21 

 

  �

  Application Note AN002 

   Page 3 of 21       

1 Introduction 

 

The outlined information focuses on FCC compliance aspects of industry offerings in 

the 2.4GHz ISM band utilizing Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) at 250kbps. 

This ISM band and modulation technique while amplified (greater than about ‐

1.75dBm transmit power output per 15.249) applies FCC limits largely defined 

under section 47CFR 15.247. These limits state a maximum conducted output 

power of 1 watt in the 2.4GHz ISM band. Other applicable rules are defined in parts 

15.35, 15.205, 15.207 and 15.209. This document summarizes these limits to reflect 

aspects that can further limit transmit power in the design. 

 

The 802.15.4 (ZigBee) channel allocation consists of 16 channels numbered 11 to 

26, starting at 2.405GHz (CH‐11) and ending at 2.480GHz (CH‐26). Bandwidth is 

5MHz per channel. The allocated spectrum spans from 2.4000GHz to 2.4835GHz. 

Channel numbering, which starts at channel 11, is a continuation of applied 

standards in the 900MHz ISM band.  

 Figure 1: 802.15.4 Channel Spectrum 

 

Figure 1 shows how the 802.15.4 channels co‐exist with the three non‐overlapping 

Wi‐Fi (802.11) channels. Note the independence of channels 15, 20, 25 and 26. 

Channels 25 and 26 in this application are favored by system designers to help 

avoid known potential interference. The ultimate utility of these higher channels is 

compromised when increased output power is required. 

 

802.15.4 transceivers are available from a number of chip vendors, such as 

Freescale Semiconductor, Ember and Texas Instruments. In addition to these single 

  Application Note AN002 

   Page 4 of 21       

chip transceivers, there are a variety of PAs, LNA and PA/LNA integrated devices 

that specifically cater to these applications.  

With any power amplifier practically implemented in this application, the limits 

across the band will be significantly lower than the 1W conducted due to 

constraints outlined in Section 3. 

 

2 Background and Conducted Bench Tests 

Since this document is designed to assist the engineer on the bench, it is important 

to be able to relate field‐strength units with power. 

An electric field in free space can be expressed as:  

 

where (P) is watts, (E) is field strength in microvolt per meter, and the distance (D) is in meters. The 377 term is the characteristic impedance of free 

space. 

This equation assumes an ideal isotropic antenna with its power spread evenly 

across a sphere, with a radial distance given by (D). 

The equation is converted from watts to mW (to reference dBm), and the distance 

is defined as 3 meters since most limits per 47CFR 15.247 are performed as field 

strength at 3m. 

P (dBm) = 20 Log (E) – 95.229 

 

If field strength is stated in dBuV/m, then the 20 Log E term (uV/m) can be 

substituted for the dBuV/m term. 

 

A full derivation from free‐space impedance and power density in several equations 

can be simplified into a single handy statement: ~95dBuV/m @ 3 meters equates to 

0dBm conducted output power (assuming the antenna is isotropic and has a gain of 

one or 0dBi). Known antenna gain and directional characteristics can be used to 

offset the field strength term for adjustment.   

 

  Application Note AN002 

   Page 5 of 21       

For example, a 3‐meter field strength measurement of 110dBuV/m would equate to 

+15dBm conducted power at the antenna port with an antenna gain of 0dBi. The 

engineer should expect +12dBm in conducted measurement at the antenna port 

given the same with a +3dBi antenna.  

 

Likewise, a restricted band limit (see Section 3) of +54dBuV/m at 3m can be 

calculated as: 

54dBuV/m – (95dBuV/m) = ‐41dBm EIRP. EIRP (effective isotropic radiated power) 

simply implies that the antenna is absolutely uniform in gain in all directions. As no 

antenna is truly isotropic, the intended utilization of design applies to the method 

of FCC certification (e.g., Duty Cycle Relaxation, Section 3.5). 

 

All field strength references in this document are in dBuV/m at 3meters. 

 

Conducted RF measurements can be performed on the lab bench to evaluate band 

edge power and relative limits in other sections of this document. The DUT can be 

cabled to a spectrum analyzer through a variable or fixed RF attenuator(s). The 

input power to the spectrum analyzer should not exceed ‐20dBm to prevent 

creating inter‐modulation products in the spectrum analyzer and resultant error in 

measurement. 

 

Figures 2 and 3 give a basic test setup for measuring conducted emissions. The RF 

attenuator value is specific to the DUT’s output to achieve the desired input power 

to the spectrum analyzer. 

 

 Figure 2: Block Diagram of Conducted Lab Bench Measurements  

 

  Application Note AN002 

   Page 6 of 21       

 

 

RECOMMENDED SPECTRUM ANALYZER MEASUREMENT SPECIFICATIONS 

SPECIFICATION  VALUE 

RBW  100kHz 

VBW  300kHz 

DETECTOR  PEAK 

TRACE  MAX HOLD 

Figure 3: Recommended SA Settings for Sections 3.1, 3.2, 3.3 and 3.4 

 

Spectrum analyzer settings that deviate from the above are noted in other sections.  

 

The limits defined in Sections 3.1‐3.4 for a 15.247 device (>1GHz) refer to 

conducted measurements using an average detector. From FCC section 15.35(b), 

peak limits (utilizing a peak detector) are also limited to 20dB over the average 

limit. Measurements utilizing both average and peak detectors are recommended in 

initial bench analysis. 

 

 

3 15.247 Applicable RF Limits 

 

Section 3 outlines the various FCC limits and restrictions applicable to an 802.15.4 

device filed under FCC part 15.247. Some of the limits are absolute (Sections 3.7‐

3.9) and some can be varied by applying a duty cycle relaxation factor (applicable to 

Sections 3.1‐3.4 and defined in Section 3.5). 

 

3.1 Upper Band Edge Limits and FCC Restricted Bands 

 

The (16) 802.15.4 channels are not centered within the specified bandwidth. 

Channel 11’s (Figure 1) center frequency or fundamental is 5 MHz from the lower 

band edge. With a 5 MHz channel bandwidth (BW), the lower band edge is 

therefore 2.5 MHz away from channel 11. Channel 26’s center frequency is 3.5 MHz 

from the upper band edge. The upper band edge is 1.0MHz away from channel 26 

given the specified 5 MHz channel BW.     

 

 

 

 

  Application Note AN002 

   Page 7 of 21       

 

The FCC further limits RF energy allowed into defined restricted bands. The defined 

2.4GHz band resides between two restricted bands with an average limit of 54 

dBuV/m. The upper band edge is directly adjacent to a restricted band. These 

restricted bands are given from 2 GHz to 24 GHz in Figure 4. Restricted bands 

adjacent to the 2.4GHz ISM band are shown in bold text. Higher frequency 

restricted bands are also an issue in amplified designs (see Section 3.4). 

 

MHz  GHz 

2200‐2300  7.25‐7.75 

2310‐2390  8.025‐8.5 

2483.5‐2500  9.0‐9.2 

2655‐2900  9.3‐9.5 

3260‐3267  10.6‐12.7 

3332‐3339  13.25‐13.4 

3345.8‐3358  14.47‐14.5 

3600‐4400  15.35‐16.2 

4500‐5150  17.7‐21.4 

5350‐5460  22.01‐23.12 

  23.6‐24.0 

Figure 4: FCC Restricted Bands 2 GHz ‐ 24 GHz 

 

Restricted bands are outlined in FCC part 15.205. 

 

Figure 5 shows a modulated 802.15.4 signal at 250kbps. The center of the vertical 

grid lines is the upper band edge. Note that the modulated envelope is wider on the 

bottom; increasing the fundamental transmit power also increases RF energy 

outside the channel BW into the restricted band. 

 

  Application Note AN002 

   Page 8 of 21       

 Figure 5: Upper Band Edge  

 

 

The band edge limit is exceeded by 6dB in the Figure 5 example. Output power on 

channel 26 is usually limited under 95dBuV/m or 0dBm for a constant transmission. 

Amplified designs often cannot utilize this channel in utility despite its desired place 

outside of Wi‐Fi.  Practical design modifications such as additional filtering are 

ineffective given the close proximity of the signal to the band edge. Any filter that 

offered sufficient attenuation at the band edge would also reject part of the 

intended signal. 

Section 3.5 outlines relaxed limits due to duty cycle relaxation with periodic 

transmissions that may be applicable to this section. 

 

3.2 Lower Band Edge Limits 

 

The upper band edge posed a limit on transmit power in the previous section; the 

lower band edge will also limit transmit power on channel 11 to a lesser extent.  

Recall that the specified channels are offset in the band.   

1) The lower band edge is an additional 1.5MHz away from the channel 11 

fundamental vs. the upper band edge to channel 26. 

2) The adjacent restricted band is also 15MHz below the lower band edge. 

  

  Application Note AN002 

   Page 9 of 21       

 Figure 6: Lower Band Edge Plot 

 

Even though the lower band edge is 15MHz (3x the channel bandwidth) below the 

fundamental, the restricted band limit will apply before the band edge limit of 

20dB below the fundamental. This is demonstrated in Figure 6, where the band 

edge is >40dB below the fundamental but the restricted‐band limit is met. 

Notice that in Figure 6, the band edge is slightly over the limit indicated by the red 

line. Output power on channel 11 is usually limited under 113dBuV/m or +18dBm 

for a constant transmission. This channel may be dropped or utilized at a lower 

transmit power if the system design allows.  

Section 3.5 outlines relaxed limits due to duty cycle relaxation with periodic 

transmissions that may be applicable to this section. 

 

3.3 Spurious and Harmonic Limits 

Spurious and harmonic emissions are defined as unwanted emissions outside the 

intentional signal. Restricted band limits are referenced in part 15.205 and defined 

in part 15.209. For 15.247 devices, emissions outside of any restricted band use a 

limit relative to the fundamental defined by: 

A 20dB difference of maximum power between the fundamental and the 

unintentional emission measured within a 100 kHz BW   

  Application Note AN002 

   Page 10 of 21       

See FCC section 15.247(d) for definition on the limit stated above. Sections 3.1 and 

3.4  define 15.247 limits within restricted bands. 

One matter of concern is spurs offset from the fundamental by the reference 

oscillator (e.g., 26MHz, 32MHz). These spurs may reside on adjacent restricted 

bands and limit output power on channels other than 11 and 26. These spurs can 

be noted in conducted measurement with a spectrum analyzer. 

Spurious emissions not related to harmonics of the fundamental may not apply 

the duty cycle correction factor outlined in Section 3.5. A good rule of thumb is to 

place the DUT in receive mode on the same channel (frequency) if the spur 

remains; a duty cycle correction factor may not be applied.  

 

Figure 7: Example of Spurious Noise Offset from Unmodulated Carrier 

Spurious emissions may also be outlined in the SoC manufacturer’s data sheet. 

 

 

 

 

 

  Application Note AN002 

   Page 11 of 21       

3.4 Harmonic Emissions, Filtering and Shielding 

Harmonics usually are caused by non‐linearity in the construction of the signal and 

the PAs used to amplify. In the context of this document, the signal is amplified 

internally to the chosen IC (often to 0dBm) and then again externally to reach the 

system design goals.   

Channel 11’s second harmonic has an average limit of 54dBuV/m, as it is in an FCC‐restricted band. The second and third harmonics of channel 18 (mid‐channel) and channel 25 also fall into restricted bands. Measurements are required to the 10th harmonic of each scanned channel (low, mid and high channel).  In contrast to all previous sections, conducted and antenna radiated harmonic 

emissions can be controlled by the engineer in hardware design by implementing 

a low‐pass filter.  Higher order harmonics likely can radiate off the PCB before this 

additional filtering and antenna. The following design rules can help: 

1) If a shield is implemented, place its boundaries over the entire circuitry, 

including the final output filtering. 

2) Ensure uninterrupted RF ground and supply decoupling. 

3) Route all radio control traces  into an  inner PCB  layer (e.g., PCB  layer 3) not 

interrupting the ground under the RF microstrip (e.g., PCB layer 2). Examples 

of  these RF  control  traces  include  the  LNA  and PA  enable or bias  and  T/R 

control.  Connect  back  to  the  component  layer  with  via  close  to  the 

component, with #4 below.  

4) Place  low  ESR,  in‐band  bypass  capacitors  (e.g.,  8pF)  near  the  connection 

point of all radio I/O control lines. 

5) Ensure  that  all  bypass  capacitors  have  a  good  connection  to  ground  by 

utilizing at least three ground vias close to the component’s PCB ground pad. 

Utilize the bottom layer and inner layer grounds with vias. 

6) “Stitch”  the  PCB  edge  perimeter with  vias  tying  together  the  PCB  ground 

planes, especially on small PCBs with RF traces close to the PCB edge.  

7) With  increased output power and amplifier characteristics, ensure  that  the 

filtering  provides  adequate  rejection  up  to  the  higher  harmonics  by 

evaluating its response or the SRF of the discrete components. 

Emissions  radiated  pre‐filter  from  the  device  are  difficult  to  evaluate  on  the 

bench. An FCC pre‐scan  is recommended to evaluate all radiated emissions from 

the device. 

  Application Note AN002 

   Page 12 of 21       

 

3.5 Duty Cycle Relaxation 

All previous sections assume a 100% duty cycle within stated FCC limits. The field 

strength  limits,  in  measurement,  are  a  product  of  an  average  detector.  For 

periodic  transmissions,  a  peak  detector  can  be  utilized  with  an  associated 

relaxation on  the peak values. The  calculated  relaxation  factor  is applied  to  the 

peak measurement to derive the average value. This correction can be applied to 

both the fundamental and all associated harmonics. 

This relaxation factor is calculated as: 

RF [dB] = 20 log (TX ON [mS]/100mS) 

Any relaxation is limited to 20dB. A 20dB relaxation factor equates to only a 10% 

duty‐cycle  or  10mS  transmission  within  any  100mS  window.  ZigBee‐compliant 

radios  implement under a 50% duty cycle and  thus an  inherent ~6dB  relaxation 

factor. This can be applied to band edge limits of Section 3.1 and 3.2. 

Applicable relaxation factor is defined in FCC 15.35(c). 

This  is  important to note as the DUT  is prepared for a trip to the compliance  lab. 

The test firmware should support the maximum duty cycle the product will see in 

the  field  to  evaluate  benefit.  Often  the  hardware  is  only  exercised  by  a  chip 

manufacturer’s test tool and is not specific to the end application. 

Figure 8 outlines recommended spectrum analyzer settings to determine the duty 

cycle  and  inherent  correction  factor.  The  center  frequency  is  set  to  the 

fundamental  frequency, and  the  frequency span  is set  to ZERO. The sweep  time 

determines the window of observation in the time domain, like an oscilloscope. 

RECOMMENDED SPECTRUM ANALYZER MEASUREMENT SPECIFICATIONS 

SPECIFICATION  VALUE 

RBW  1MHz 

VBW  5MHz 

DETECTOR  PEAK 

TRACE  MAX HOLD 

SWEEP TIME  100mS 

SPAN  ZERO 

Figure 8: Recommended SA Settings for Duty Cycle Calculation 

 

  Application Note AN002 

   Page 13 of 21       

Figure  9  provides  an  example  plot  of  a  periodic  transmission  within  a  100mS 

window. The  transmit  time  is measured and multiplied by  the number of equal 

transmit  events  within  100mS.  The  sweep  time  can  be  shortened  to  better 

resolution  on  a  single  transmit  pulse.    If  the  pulses  are unequal,  each  transmit 

pulse in the 100mS duration should be measured and summed. 

 

Figure 9: Example Duty Cycle Plot  

 

3.6 Required Axis Scans  

If the device is to be implemented in a single orientation, only a single axis scan is 

required. An example of this would be a tabletop or wall‐mounted device. 

If the device is mobile, portable or body‐worn, three axis of scans are required for 

all radiated measurements. Three axis of scans are defined by 360‐degree rotation 

of the DUT placed in three different azimuthal planes, recording both vertical and 

horizontal polarizations. Figure 10 provides an example of  three axis of scans or 

the required orientation of the same DUT on a fixed turntable. 

  Application Note AN002 

   Page 14 of 21       

 

Figure 10:  DUT Orientation on a Turntable for Three‐Axis Scan  

 

3.7 Power Spectral Density  

 

Power spectral density (PSD)  is the power or energy distributed across a defined 

bandwidth or across  frequency. The power  spectral density conducted  from  the 

antenna port  shall not be  greater  than 8dBm  in  any 3  kHz band per 15.247(e). 

Figure 11 notes  recommended spectrum analyzer settings when performing  this 

conducted measurement.   

 

RECOMMENDED SPECTRUM ANALYZER MEASUREMENT SPECIFICATIONS 

SPECIFICATION  VALUE 

RBW  3kHz 

VBW  10kHz 

DETECTOR  PEAK 

TRACE  MAX HOLD 

SWEEP TIME  500s 

SPAN  1.5MHz 

Figure 11: Recommended SA Settings for PSD Measurement 

PSD  was  measured  on  an  802.15.4‐compliant  radio  with  an  output  power  of 

0dBm. Figure 11 utilizing an 802.15.4 design exhibits a peak PSD of ‐14dBm in any 

3kHz  BW  from  a  conducted  output  power  of  0dBm.  Since  the  modulation 

envelope should be  fixed, a 1:1 correlation  from  increased power output should 

be  expected.  Therefore,  a  802.15.4  design  is  expected  to  be  limited  to  a 

conducted output power of +22dBm due to the PSD limit. 

  Application Note AN002 

   Page 15 of 21       

 

Figure 12: PSD Measurement Example 

‐14dBm (measured) + 8dBm (limit) = 22dBm 

0dBm (per Figure 11) + 22dBm = 22dBm conducted power output to PSD limit 

 

 

3.8 Occupied Bandwidth  

Since  the modulation  and  data  rate  are  fixed  in  the  transceiver,  the  occupied bandwidth (BW)  is defined as the modulation type and data rate  inherent to the core SoC radio. FCC section 15.247 (a) (2) states that the minimum 6dB bandwidth shall be at  least 500kHz.   With a properly operating 802.15.4 radio, this FCC  limit should pose no compliance issues.   

RECOMMENDED SPECTRUM ANALYZER MEASUREMENT SPECIFICATIONS 

SPECIFICATION  VALUE 

RBW  100kHz 

VBW  300kHz 

DETECTOR  PEAK 

TRACE  MAX HOLD 

SWEEP TIME  5mS / Auto 

SPAN  3‐6MHz 

Figure 13: Recommended SA Settings for Occupied BW Measurement 

  Application Note AN002 

   Page 16 of 21       

 

Figure 14: Example Measurement of Occupied BW 

 

3.9 Conducted Output Power 

 

Conducted output power is simply the original +30dBm specified limit per 15.247 

(b). Figure 15 outlines  recommended  spectrum analyzer  settings  for performing 

the measurement on the bench. The previous sections outline defined limits that 

dominate in limitation of allowed transmit power. 

 

RECOMMENDED SPECTRUM ANALYZER MEASUREMENT SPECIFICATIONS 

SPECIFICATION  VALUE 

RBW  5MHz 

VBW  10MHz 

DETECTOR  PEAK 

TRACE  MAX HOLD 

SWEEP TIME  5mS 

SPAN  25MHz 

Figure 15: Recommended SA Settings for Conducted Output Measurement

  Application Note AN002 

   Page 17 of 21       

4 15.247 Conducted Limit Summary  

Figure 16 summarizes Section 3 to assist the engineer in bench evaluation. 

 

Test  15.247 Restricted Band Limit 

Calculated Conducted Restricted Band Limit 

15.247 Non‐Restricted Band Limit 

Duty‐Cycle Relaxation Allowed? 

Upper  Band Edge (2.480 GHz) 

54dBuV/m average 

detector @ 2.4835 GHz 

‐41dBm Ave ‐21dBm Peak @ 2.4835 

GHz 

N/A; upper band edge is near 

restricted band  

Defined as 20dB below fundamental 

@ 2.480 GHz 

Yes 

Lower  Band Edge (2.405 GHz) 

54dBuV/m average 

detector @ 2.390 GHz 

‐41dBm Ave ‐21dBm Peak @ 2.390 GHz 

N/A; upper band edge is near 

restricted band  

Defined as 20dB below fundamental 

@ 2.405 GHz 

Yes 

Spurious*  54dBuV/m average detector 

‐41dBm Ave ‐21dBm Peak 

20dB below fundamental 

No* 

Harmonics to 24.8GHz 

54dBuV/m average detector 

‐41dBm Ave ‐21dBm Peak 

20dB below fundamental 

Yes 

PSD  N/A, in band  8dBm in 3kHz BW  No 

Occupied BW 

N/A, in band  Minimum of 500kHz in 6dB BW 

N/A 

Output power 

N/A, in band  1W/ 30dBm  No 

*Spurious  emissions  not  related  to  the  fundamental  (i.e.,  local  oscillator 

reference spurs). Figure 16: Limits Applicable to 802.15.4 Devices Filed Under FCC 15.247 

   

  Application Note AN002 

   Page 18 of 21       

5    Compliance Pre‐Scan  

A pre‐scan at the compliance  lab can determine  issues with harmonics, spurious 

emissions, other unintentional radiation, line‐conducted issues or the operation of 

the  test  modes.  This  initial  feedback  can  help  the  design  engineer  evaluate 

necessary  changes.  The  optimal  time  for  a  pre‐scan  is  when  the  hardware  is 

mature with minimum PCB rework  (jumper wires and cut traces) and before the 

final  “pilot”  revision. This allows all potential  issues  to be addressed before  the 

final revision and scheduling a full scan. Most design cycles are scheduled within a 

fixed number of revisions to product release. A pre‐scan will often reduce internal 

costs by addressing previously unknown issues before the final scheduled revision.  

Before  a  device  is  submitted,  the  following  information  should  be  prepared  to 

allow the lab to determine required tests and correctly manipulate the submitted 

DUT. 

1) Provide a short description of the technology: what  it  is, how  it will be used, 

and its purpose. 

2) Specify how the device is powered: battery and type, AC, DC, wall transformer, 

supplied voltage, and so on. 

3) Is the device fixed, mobile, or integrated into another system? 

4) What channels are utilized? 5) What  is  the  maximum  power  output?  Is  the  power  output  variable  per 

channel?  Is  the power output  fixed but varying across channels? Specify  the operation per each channel. 

6) What antennas are used and supplied, and what is the specified antenna gain? 7) The unit should be able to exhibit a constant transmit mode to ensure that all 

emissions are captured during DUT rotation. 8) The unit should be able  to exhibit a pulsed  transmit mode  representative of 

production utility to allow evaluation of the maximum duty cycle of the device and any inherent relaxation to the compliance limits. 

9) Is there any cabled communication to the device? 

10)   Is there a pre‐existing FCC filing for the device? 

11)   Is the device intended for filing as a module? 

12)   Will  the device be offered  in differing variants? Specify any  changes  to  the 

device, even those that are non‐RF. 

13)   How does  the EMC engineer exercise  the operating and  test modes? What 

mode(s) are required for each channel? 

   

  Application Note AN002 

   Page 19 of 21       

6 Conclusions 

An amplified 802.15.4 radio requires some background on FCC certification that can 

affect  initial  system  design,  PCB  design,  data  through‐put,  amplifier  choice, 

shielding, channel allocation and required output filtering.  

Investing  in  an  abbreviated  compliance  pre‐scan  with  mature  hardware  before 

conducting a ”final” design revision without knowledge of potential FCC  issues will 

bring the product to the production level, saving cost and time.    

   

  Application Note AN002 

   Page 20 of 21       

 

7 Abbreviations and Definitions 

SoC  “System on a Chip,” defined as a combined radio transceiver and microcontroller

PA  Power amplifier for increasing transmit power

DSSS  Direct Sequence Spread Spectrum 

dBi  dB relative to a theoretical isotropic antenna. A 0dBi antenna has no gain or loss.

Front‐End  The RF components between the SoC and the antenna

LNA  Low noise amplifier for increasing receive gain and sensitivity

Balun  A transformer device for impedance matching a differential signal path to single‐ended

T/R switch  An RF switch for directing the signal along the transmit or receive paths  

Spurs  Unwanted emissions outside the intentional signal, excluding harmonics 

Harmonics  Inter‐modulation products due to non‐linearity of devices

EIRP  Effective isotropic radiated power: A field‐strength‐derived value for conducted power assuming an isotropic antenna 

SRF  Self resonant frequency: the frequency at which parasitic reactance exceeds the intentional 

Isotropic  Uniform response in all directions

LPF  Low pass filter: attenuates frequencies above the pass‐band

BW  Bandwidth: the product within a defined span of frequency

PSD  Power spectral density: power within a defined bandwidth

RBW  Resolution bandwidth: determines the limit in frequency BW that can be resolved

VBW  Video bandwidth: determines the limit in frequency BW that can be displayed 

 

8 Document History 

Revision  Date  Description/Changes 

1.0  09‐07‐09  Feedback from EMC ENG 

1.5  09‐29‐09  Detail on conducted meas. 

2.0  10‐07‐09  Initial Release 

2.5  10‐12‐09  Edits & missing Diagrams 

 

9 Document References 

Document  Reference/Date 

Code Of  Federal Regulations CFR 47, Parts 0 to 19   

http://edocket.access.gpo.gov/cfr_2008/octqtr/pdf/47cfr15.247.pdf 

 

 

 

  Application Note AN002 

   Page 21 of 21       

 

10 Company Information 

Headquarters LS Research LLC W66 N220 Commerce Court Cedarburg, WI 53012 Phone: 262‐375‐4400 Fax: 262‐375‐4248 Web site: http://www.lsr.com 

 

Regional Office LS Research LLC 5520 Nobel Drive, Suite 175 Madison, WI 53711 Phone: 262‐375‐4400 Fax: 262‐375‐4248 Web site: http://www.lsr.com 

  

U.S. Sales Offices      East Coast Sales Jennifer Fishbein Director of East Coast Sales Phone: 262‐228‐7868 E‐mail: [email protected]  

Midwest Sales  Ryan Plach Director of Midwest Sales Phone: 262‐228‐7865 E‐mail: [email protected]  

West Coast Sales Peter J. Mayhew Director of West Coast Sales Phone: 262‐546‐1731 E‐mail: [email protected]  

  


Recommended