LTE LNA顯著改善4G智能手機接收靈敏度

2014年注定是中國LTE特別是TD-LTE 突飛猛進的一年，截止2014年5月，已完成工信部入網(wǎng)的TD-LTE終端累計達265款，其中智能手機占204款，移動版(TD-LTE)有133款。 另外，2014年的移動集總采購正在緊鑼密鼓的進行中，國內(nèi)各大主流手機終端供應商或設(shè)計公司均已充分投入到這場浩浩蕩蕩的LTE終端博“機”大賽中。

相對于3G手機，LTE手機(4G手機)必須明顯地提高自己的數(shù)據(jù)吞吐能力，通俗地說，就是要讓終端客戶明顯感受到上網(wǎng)迅速、連接穩(wěn)定、播放視頻流暢、下載 速度快等應用優(yōu)點。所以，為了提高上下行的數(shù)據(jù)速率，相對于3G手機，LTE終端對于分集天線——也就是通常所說的副天線的接收性能會有較高的期望和要 求，而對于3G手機，一般不一定必須要有分集天線，即使有分集天線，對于其接收性能也并沒有硬性要求，通常就連平臺芯片供應商在參考設(shè)計中也不會對3G終 端的分集天線性能做過多的要求。然而，對于LTE手機，分集信道的接收性能和主信道的差異不宜過大，也就是平衡度要能在3dB以內(nèi)，這樣整個終端的上下行 吞吐能力才不會為過差的分集信道所拖累，從而能帶給終端客戶高速的上網(wǎng)體驗，凸顯4G通信的高速數(shù)據(jù)業(yè)務支持的優(yōu)勢。

而要想保證手機終端的主分集 不平衡度控制在3dB左右，通常必須通過使用外部LNA的途徑來解決該問題。為此，英飛凌推出的新一代LTE LNA—BGA7X1N6系列，多方考慮了LTE LNA所需要的低噪聲、高線性和超小尺寸，并兼顧了諸多主流廠商和平臺芯片廠商的訴求。該系列自2014年Q1正式發(fā)布以來，市場反響較好，一些國內(nèi)外知 名廠商最新發(fā)布的LTE智能手機或終端中均能發(fā)現(xiàn)BGA7x1N6系列LTE LNA的身影。

下面就來具體了解一下使用LTE LNA是如何能明顯改善分集天線支路接收性能的。首先從系統(tǒng)級來分析在使用和不使用LTE LNA時，整個射頻接收前端(RFFE)所表達出來的系統(tǒng)級噪聲系數(shù)的差別，顯然，由圖1可以很清楚地看到對于分集通路，該系統(tǒng)級噪聲系數(shù)的差別約為 3.4dB, 這意味著RFIC的輸入信噪比能被改善3.4dB，當然由于方案1在LTE LNA前采用了更低插損的聲表濾波器(SAW filter)，方案2中使用原有聲表濾波器則改善仍可高達2.7dB，通常3dB的信噪比改善意味著同等環(huán)境條件下的通信距離能實現(xiàn)40%的增長。

當然，對于數(shù)據(jù)終端，人們更關(guān)心所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率峰值，下面就來分析一下，數(shù)據(jù)速率到底會有怎么樣的改善。

圖1：使用LTE LNA能改善明顯降低整個RFFE系統(tǒng)的噪聲系數(shù)

圖2：使用和未使用英飛凌LTE LNA的RFFE系統(tǒng)模擬板噪聲系數(shù)和系統(tǒng)增益實測結(jié)果

有 了3dB信噪比改善到底能帶來什么樣程度的數(shù)據(jù)速率的提升呢？為了更好地分析這一點，利用通信原理的香農(nóng)公式可以看出，在信道帶寬一定時，信噪比直接決定 該信道的信道容量(數(shù)據(jù)速率)，而在輸入信噪比為定值時，系統(tǒng)噪聲系數(shù)直接決定整個RFFE系統(tǒng)的輸出信噪比，從而決定數(shù)據(jù)速率。

回到圖1所分析的分集通路的情況，可以看到使用LTE LNA對于數(shù)據(jù)速率的改善如圖3。顯而易見，在通常急需要改善的輸入信噪比介于5~10dB的場合，使用LTE LNA可實現(xiàn)高達約50%以上(79%@輸入信噪比=5dB)數(shù)據(jù)速率提升。

圖3：使用LTE LNA對接收信道的數(shù)據(jù)速率改善明顯

為了配合4G LTE市場的興起，英飛凌所推出的一系列LTE LNA產(chǎn)品，其中最有代表性的是BGA7x1N6系列，產(chǎn)品的大致規(guī)格包括：

a) BGA7x1N6使用業(yè)界領(lǐng)先的Flipchip封裝技術(shù)，僅1.1x0.7mm2；

b) BGA7x1N6的噪聲系數(shù)低至0.6dB，明顯抑制系統(tǒng)噪聲；

c) BGA7x1N6的Gain=13dB，IIP3高達+3dBm，采用SiGe工藝；

d) BGA7x1N6系統(tǒng)應用電路覆蓋0.7~2.7GHz所有LTE頻段，設(shè)計高效完備。

在BGA7x1N6的基礎(chǔ)上，英飛凌還推出了BGM7xxxxL12系列，有多種頻段組合方式供客戶選擇，同樣基于高上大的Flipchip封裝技 術(shù)，BGM7xxxxL12系列的尺寸僅為1.9 x 1.1 mm2，所以當客戶有更加嚴格的PCB版面要求時，圖4中的BGA7x1N6系列的應用實例也可以用1顆BGM7xxxxL12來代替，節(jié)省的PCB版面 也是非常可觀的。

圖4：FDD系統(tǒng)中LTE LNA系列應用實例

英飛凌BGA7x1N6在2014年初已量產(chǎn)，目前市場反響良好。此外，作為LTE LNA的領(lǐng)導者，英飛凌在中國國內(nèi)配備有完善的專業(yè)技術(shù)支持團隊，幫助客戶從系統(tǒng)級去解決LTE LNA在具體應用中所遇到的問題和困難。另外，英飛凌的BGA7x1N6系列LTE LNA采用SiGe工藝，并以穩(wěn)定的產(chǎn)能和卓越的質(zhì)量控制體系為使用其產(chǎn)品的手機制造商注入了更多的市場競爭力。

綜上所述， 通過LTE LNA可為LTE智能終端(手機)保駕護航，消費者將真正感受到LTE網(wǎng)絡前所未有的極速體驗。在LTE智能手機的設(shè)計中除了LTE LNA能極大地改善用戶體驗外，還有其它一些新穎的技術(shù)也值得關(guān)注，如在使用金屬外殼天線時需要用到天線交叉技術(shù)，而越來越多的LTE 頻段的覆蓋也需要用到天線調(diào)諧技術(shù)，英飛凌除了在LTE LNA方面的創(chuàng)新開發(fā)之外，同樣在射頻開關(guān)特別是交叉開關(guān)和天線調(diào)諧專用開關(guān)方面也得到了廣大客戶的認可。