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低噪聲放大器在無線數(shù)據(jù)接收中的應(yīng)用

作者: 時間:2008-08-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文將討論一個在中常見的問題。

  射頻接收機(jī)面臨的問題

  射頻接收機(jī)所面臨的共同問題是必須用同樣的硬件處理強(qiáng)弱兩種信號,同時要保證信號的完整性。對于移動用戶來講,這個問題將更為突出。信號必須在不同地點(diǎn)以及不同條件下得到最優(yōu)處理,如圖1所示,在遠(yuǎn)離天線時信號較弱,潛在問題是數(shù)據(jù)可能會丟失,而靠近天線時信號則較強(qiáng),又容易導(dǎo)致飽和從而影響信號的完整性。另外一種情況是手持設(shè)備如筆記本電腦可能會因?yàn)榻ㄖ镒钃醵鴮?dǎo)致信號減弱,甚至丟失。當(dāng)避開建筑物阻擋時,信號強(qiáng)度增強(qiáng),相當(dāng)于更接近天線而出現(xiàn)接收機(jī)飽和的問題,如圖2所示。因此,接收機(jī)必須具有不同的增益及其靈敏度來放大信號,以滿足信號從強(qiáng)到弱的變化。

  

  射頻前端

  為了確保接收機(jī)信號的可靠性,針對不同信號強(qiáng)度,射頻前端需要具有調(diào)節(jié)性能的能力。對于弱信號而言,應(yīng)具有高增益和低噪聲;對于強(qiáng)信號而言,為避免接收機(jī)過載應(yīng)選擇具有低增益和高線性的放大器。功能的級聯(lián)放大器應(yīng)具有高增益和低噪聲的性能,同時在時,又需要有低增益高線性的性能。

  圖3所示為一個無線接收機(jī)的前端,可以看到這是一個由兩級放大器組成的級聯(lián)放大器,每級都有開關(guān)并帶一個濾波器,用于濾除帶外干擾信號。該可以在放大時獲得較低的噪聲,保證較好的靈敏度;當(dāng)用作旁路時,可以使大信號直接傳遞過去,并獲得較好的線性。從圖4中可以看到,對于小信號模式,該模塊可以提供好的,且具有較高的增益;對于中等強(qiáng)度的信號,由于此時不需要高增益,因此第二級放大器是不工作的,此時可以提供中等的放大增益以及好的;由于在旁路功能時,電路消耗幾乎為零,因此當(dāng)把第二級旁路時將會減少電路消耗,增加電池使用時間;當(dāng)?shù)图壏糯笃髋月窌r可以保證其線性,或者在信號上把兩級放大器都旁路掉,兩級放大器帶來的衰減可以保證接收機(jī)不飽和,此時全部電流消耗幾乎為零。

  

  圖5所示的為分立元件組成的帶旁路功能的。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是使用一個低噪聲放大器加一個旁路開關(guān),這樣控制電流可以滿足很大的動態(tài)范圍。圖5所示的放大器需要復(fù)雜的匹配電路和控制電路,這樣將使用很多外圍元件,占用很大的電路板空間,而且設(shè)計也很困難,最終導(dǎo)致投入市場時間變長,裝備成本變高。

  圖6所示的是一個旁路功能的低噪聲放大器實(shí)例。其中,低噪聲放大器、旁路開關(guān)、偏置電路、匹配電路全部到了MMIC中,因此,該電路中包括放大器在內(nèi)一共只有7個元件,板子面積減小到了0.64平方厘米,只有分立元件PCB板的20%。使用集成方案,使設(shè)計變得簡單,板子尺寸減小,成本降低,滿足大動態(tài)信號范圍的要求。

  問答選編

  問:旁路開關(guān)最大隔離,插損有多少?會不會增加了本身 LNA的?

  答:開關(guān)的插損,大概有2dB左右,但對LNA的噪聲影響不大,為0.1~0.2dB 左右。

  問:集成旁路開關(guān)響應(yīng)時間為多少,對于類似的TD-SCDMA可以使用嗎?

  答:可以用于TD系統(tǒng),因?yàn)樗麄兪荊aAs,響應(yīng)時間在1μs 以內(nèi) 。

  問:集成旁路開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理是什么?

  答:集成旁路開關(guān)是在芯片上建立一個和放大器平行的開 關(guān)器。旁路開關(guān)和放大器有共同的輸入和輸出端口。然后由接收器系統(tǒng)的輸入電壓來選擇讓MMIC 操作在放大器模式或開關(guān)器模式,根據(jù)不同的接收訊號 的強(qiáng)度,提供不同的噪聲稀疏、增益、直線性和電流消耗量。

  問:請問放大器模式和旁路各有什么特點(diǎn)?

  答:放大器模式擁有高增益,低噪聲和高線性,功用是放大微弱的接收訊號。而旁路則會稍微損耗太過強(qiáng)烈的接收訊號,擁有比放大模式更良好的直線性,功用是預(yù)防接收機(jī)的后級飽和。同時,旁路所消耗的電流近乎為零,幫助系統(tǒng)省電。

  問:WiMAX網(wǎng)絡(luò)上的接收路徑設(shè)計有無技術(shù)瓶頸?

  答:現(xiàn)在我們的客戶已經(jīng)成功地使用AVAGO的低噪聲放大 器及PA設(shè)計出WiMAX基站及終端。

  問:和MGA-655T6匹配使用的MMIC功放有哪些?

  答:ALM-42316是安華高即將推出的和MGA-655T6同頻率 的PA。

  問:設(shè)計MMIC時,需要注意哪些方面以降低PCB的影響?如何布局?

  答:在RF設(shè)計時,主要考慮阻抗的匹配及板材的損耗等。如果要進(jìn)一步提高性能,需要仿真軟件的進(jìn)一步支持 。

  問:強(qiáng)信號下,旁路開關(guān)會自動閉合還是需要外部控制閉合?

  答:旁路開關(guān)不會自動閉合,必須由接收機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)對MMIC所輸入的電壓,控制MMIC的操作模式。

  問:你們的低噪聲放大器是線性的還是非線性的?帶寬多少?

  答:我們可以提供DC-50GHz的不同頻率的LNA。當(dāng)然各種性能指標(biāo)也不一樣,需要設(shè)計時綜合考慮。通常我們 在GSM(900/1800),WCDMA,WiMAX等有合適的產(chǎn)品,并且有足夠的帶寬。如MGA-68563 (100MHz~2GHz), MGA-631P8(400~1.6GHz),MGA-632P8(1.5GHz~2.6GHz)等 。

  問:集成旁路開關(guān)的低噪聲放大器MGA-6x5T6,MGA-7x543, MGA-7x5M4, MGA-785T6的中心頻率分別是多少?

  答:MGA-6X5T6有不同的(MGA-635T6 是GPS,MGA-645T6是WiFi,WLAN,WiMAX 2.5GHz;MGA-655T6 是WiMAX 3.5GHz;MGA-675T6是5.5GHz WiMAX ); MGA-7x543/7x5M4是寬帶的應(yīng)用。MGA-785T6是 100MHz~2.5GHz。

  問:能否舉例說明,MGA-655T6的旁路開關(guān)接通和關(guān)斷時噪音性能和線性性能有何變化?

  答:以MGA-655T6為例,旁路開關(guān)接通時噪音性能較差,噪音系數(shù)大約4~5dB,直線性則非常好,IIP3(Input 3rd order Intercept Point)在+19dBm.。旁路開關(guān)關(guān)斷時(放大器模式),噪音系數(shù)約1.1dB,IIP3(Input 3rd order Intercept Point)在+5.5dBm。

  問:接收機(jī)在接收靈敏度很高的情況下靜態(tài)音質(zhì)很好,而在移動時卻不好,LNA對于這一問題的解決有沒有優(yōu)勢?

  答:擁有旁路開關(guān)的LNA,對移動性的接收機(jī)有優(yōu)勢。因?yàn)橐苿有越邮諜C(jī)在移動時,會接收強(qiáng)弱不同的訊號。擁有 旁路開關(guān)的LNA,可根據(jù)訊號的強(qiáng)弱,調(diào)節(jié)至適合的增益、噪音系數(shù)和直線性。

  問:在設(shè)計LNA時要不要考慮信號的峰均比?

  答:要的,不過有對應(yīng)的計算公式,最大的峰值及峰均比可以折算成對應(yīng)的CW信號功率。



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