低噪聲放大器在手機GPS上的應(yīng)用

　　早在2001年911恐怖事件以后，美國基于安全的考慮，強制要求手機具有GPS定位功能，以確定該手機的實時位置。近年來，隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，道路建設(shè)日新月異;人們工作生活節(jié)奏加快，GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)日顯重要，需求增加。最近有消息稱：諾基亞高調(diào)宣布為其智能手機推出了Ovi地圖新版本，將包括高端的步行和駕駛導(dǎo)航。此舉被視為對GPS手機導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)以及GPS導(dǎo)航相關(guān)產(chǎn)業(yè)影響巨大的變革。隨著手機性能的普遍提升，以及手機GPS接收機獨特問題的解決，GPS功能已不再是高端手機獨享的配置，正在向普通手機標(biāo)配發(fā)展。

　　GPS功能簡介

　　GPS全稱為全球定位系統(tǒng)，由24顆衛(wèi)星分布在6個不同高度的軌道上，按功能分有導(dǎo)航和定位兩個;按應(yīng)用分軍用和民用。其中軍用頻率在1.227GHz ，由美國軍方獨占，用途主要用于武器制導(dǎo)，偵查等軍事和戰(zhàn)爭用途，精度高。民用頻率在1.575GHz，供全球免費使用，用途主要用于海航，自然科學(xué)領(lǐng)域，更廣泛的是我們熟悉的汽車行駛導(dǎo)航等。 只有同時接收到3顆星的有效信號才能確定其位置。

　　GPS信號微弱，接收機靈敏度通常在-136dBm左右。

　　手機GPS的 挑戰(zhàn)

　　手機應(yīng)用的特點：體積小，功耗低，生產(chǎn)性好，器件便宜，設(shè)計時間短，產(chǎn)品面市快?；谑謾C平臺的GPS功能比獨立GPS接收機有更高的要求，更具有挑戰(zhàn)性，主要考慮以下幾個方面： 電子環(huán)境，功耗，體積，價格，設(shè)計時的便捷性和性能指標(biāo)的容易實現(xiàn)性。

　　常見的單片GPS接收機采用CMOS工藝，達(dá)不到很高的收機靈敏度。相比汽車行駛在比較寬闊空間的路面上，手持GPS比車載的移動更靈活，所處位置信號會更弱，多徑接收更普遍。要求接收能力更強，在接收前端增加濾波器和低噪放非常必要。

　　手機上的GPS 設(shè)計之考慮

　　電子環(huán)境更惡劣。GPS 接收和手機功放在同一塊板上，對1.575GHz GPS信號而言其帶外信號主要有：900MHz,1800MHz 的GSM 功放;1800—1900MHz 的PCS功放;2.4GHz的 WLAN,藍(lán)牙; 以及2.5—2.7GHz的WiMAX。這些信號雖不會同時存在，但每個都很強，對GPS接收性能都有明顯影響。實驗表明：-15dBm的帶外信號，會引起GPS 低噪放增益下降1dB. 因此，選擇手機GPS 低噪放時不僅要看其自身的噪聲系數(shù)和增益，更要關(guān)注其帶外衰減指標(biāo)，這對GPS接收機的捕捉能力，跟蹤性能和定位精度，乃至能否正常工作至關(guān)重要。

　　CDMA, WCDMA手機收發(fā)是雙工工作的，其功放的發(fā)射信號和噪聲會對GPS信號形成干擾乃至堵塞 。因此，GPS接收機必須外加LNA和高性能的濾波器。LNA增加了其接收靈敏度，而濾波器則增強帶外衰減。對設(shè)計布線上另一個好處是，LNA可放置在靠近天線端，降低對GPS接收模塊位置的要求，并使GPS接收機噪聲系數(shù)得到1.5dB左右的改善。然而，由于GSM手機收發(fā)是時分工作的，相對而言對GPS信號的帶外衰減要求不是很苛刻，可以省掉高性能的濾波器，用簡單地濾波加低噪放方案來實現(xiàn)GPS接收前端，以節(jié)省成本。

　　針對不同的系統(tǒng)和平臺，目前，手機GPS接收前端有幾種方案：

　　--在GMS系統(tǒng)上，選擇有源天線，即低噪放和GPS接收天線集成在一起;

　　--在CDMA, WCDMA系統(tǒng)上，有分立的低噪放加濾波器，二種器件所采用的材料和性能都有選擇余地。以上方案這對設(shè)計時間，設(shè)計難度，性能指標(biāo)，PCB尺寸以及元件數(shù)都是挑戰(zhàn)。

　　隨著市場需求的變化，濾波器和低噪放集成在一起的GPS接收前端得到了廣泛的應(yīng)用，其好處顯而易見。和分立器件一樣，二者有不同的組合：LNA+陶瓷濾波器或 LNA+SAW(聲表面波濾波器)。在市場上， 性能以CaAs E-pHEMT+FBAR方案為最優(yōu)：噪聲小，線性更好，帶外衰減更好。

　　Avago 公司致力于GPS接收前端模塊

　　Avago 結(jié)合行業(yè)領(lǐng)先的CaAs E-pHEMT工藝和FBAR濾波器技術(shù)，提供GPS射頻前端系列模塊，為GPS外加低噪放前端提供了多種選擇，詳見圖1，3，4，5所示，結(jié)構(gòu)有： Filter + LNA + Filter; Filter + LNA; LNA + Filter; 或單純的LNA，在規(guī)劃和設(shè)計這些產(chǎn)品時Avago充分考慮了其應(yīng)用環(huán)境，是手機GPS接收設(shè)計上的首選。

　　CaAs E-pHEMT低噪放的特點

　　相比其他材料和工藝，CaAs E-pHEMT的優(yōu)勢主要在于：噪聲系數(shù)低，是低噪放的首選;低工作電壓下線性高，提高接收機動態(tài)范圍，有利于后續(xù)信號的混頻和解調(diào);增益高乃是放大器的價值所在。因此，CaAs E-pHEMT正是噪聲系數(shù)，線性和增益三個低噪放重要指標(biāo)的完美結(jié)合，這是Si材料低噪放很難達(dá)到的。