低噪聲放大器在無線數(shù)據(jù)接收中的應(yīng)用
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本文將討論一個(gè)在無線移動(dòng)數(shù)據(jù)接收中常見的問題。
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(hào)，同時(shí)要保證信號(hào)的完整性。對(duì)于移動(dòng)用戶來講，這個(gè)問題將更為突出。信號(hào)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(shí)信號(hào)較弱，潛在問題是數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失，而靠近天線時(shí)信號(hào)則較強(qiáng)，又容易導(dǎo)致飽和從而影響信號(hào)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(huì)因?yàn)榻ㄖ镒钃醵鴮?dǎo)致信號(hào)減弱，甚至丟失。當(dāng)避開建筑物阻擋時(shí)，信號(hào)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(hào)，以滿足信號(hào)從強(qiáng)到弱的變化。
射頻前端
為了確保接收機(jī)信號(hào)的可靠性，針對(duì)不同信號(hào)強(qiáng)度，射頻前端需要具有調(diào)節(jié)性能的能力。對(duì)于弱信號(hào)而言，低噪聲放大器應(yīng)具有高增益和低噪聲；對(duì)于強(qiáng)信號(hào)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。集成旁路功能的級(jí)聯(lián)放大器應(yīng)具有高增益和低噪聲的性能，同時(shí)在旁路時(shí)，又需要有低增益高線性的性能。
圖3所示為一個(gè)無線接收機(jī)的前端，可以看到這是一個(gè)由兩級(jí)放大器組成的級(jí)聯(lián)放大器，每級(jí)都有旁路開關(guān)并帶一個(gè)濾波器，用于濾除帶外干擾信號(hào)。該低噪聲放大器可以在放大時(shí)獲得較低的噪聲，保證較好的靈敏度；當(dāng)用作旁路時(shí)，可以使大信號(hào)直接傳遞過去，并獲得較好的線性。從圖4中可以看到，對(duì)于小信號(hào)模式，該模塊可以提供好的噪聲系數(shù)，且具有較高的增益；對(duì)于中等強(qiáng)度的信號(hào)，由于此時(shí)不需要高增益，因此第二級(jí)放大器是不工作的，此時(shí)可以提供中等的放大增益以及好的噪聲系數(shù)；由于在旁路功能時(shí)，電路消耗幾乎為零，因此當(dāng)把第二級(jí)旁路時(shí)將會(huì)減少電路消耗，增加電池使用時(shí)間；當(dāng)?shù)图?jí)放大器旁路時(shí)可以保證其線性，或者在信號(hào)上把兩級(jí)放大器都旁路掉，兩級(jí)放大器帶來的衰減可以保證接收機(jī)不飽和，此時(shí)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低噪聲放大器。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是使用一個(gè)低噪聲放大器加一個(gè)旁路開關(guān)，這樣控制電流可以滿足很大的動(dòng)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(jì)也很困難，最終導(dǎo)致投入市場時(shí)間變長，裝備成本變高。
圖6所示的是一個(gè)集成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、匹配電路全部集成到了MMIC中，因此，該電路中包括放大器在內(nèi)一共只有7個(gè)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(jì)變得簡單，板子尺寸減小，成本降低，滿足大動(dòng)態(tài)信號(hào)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(huì)不會(huì)增加了本身 LNA的噪聲系數(shù)？
答：開關(guān)的插損，大概有2dB左右，但對(duì)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(shí)間為多少，對(duì)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(shí)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(gè)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microcontroller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(hào) 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開關(guān)模式各有什么特點(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(hào)。而旁路開關(guān)模式則會(huì)稍微損耗太過強(qiáng)烈的接收訊號(hào)，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(jí)飽和。同時(shí)，旁路開關(guān)模式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(jì)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(jì)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(jì)MMIC時(shí),需要注意哪些方面以降低PCB寄生參數(shù)的影響?如何布局?
答：在RF設(shè)計(jì)時(shí)，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(hào)下，旁路開關(guān)會(huì)自動(dòng)閉合還是需要外部控制閉合？
答：旁路開關(guān)不會(huì)自動(dòng)閉合，必須由接收機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)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(jì)時(shí)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有不同的應(yīng)用頻率（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(shí)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(shí)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(shí)(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(dòng)時(shí)卻不好，LNA對(duì)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(duì)移動(dòng)性的接收機(jī)有優(yōu)勢。因?yàn)橐苿?dòng)性接收機(jī)在移動(dòng)時(shí)，會(huì)接收強(qiáng)弱不同的訊號(hào)。擁有 旁路開關(guān)的LNA，可根據(jù)訊號(hào)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(jì)LNA時(shí)要不要考慮信號(hào)的峰均比？
答：要的，不過有對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式，最大的峰值及峰均比可以折算成對(duì)應(yīng)的CW信號(hào)功率。
評(píng)論