高線性度LNA模塊減少GPS設(shè)備中的干擾

全球定位系統(tǒng)(GPS)是由運(yùn)行在6個(gè)地球軌道上的24顆衛(wèi)星組成的導(dǎo)航系統(tǒng)，無論身在何處GPS都可以幫助用戶精確地確定所處的位置。

　　手機(jī)是集成GPS功能的理想產(chǎn)品。將GPS接收器集成到手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)同步GPS(S-GPS)應(yīng)用，此時(shí)的GPS接收器是與不同頻段的無線通信系統(tǒng)(如PCS和蜂窩網(wǎng)絡(luò))一起使用的。消費(fèi)者希望具有GPS功能的手機(jī)能夠可靠地接收和放大衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，因?yàn)榻邮粘鲥e(cuò)將會(huì)導(dǎo)致位置信息的錯(cuò)誤。遺憾的是，RF干擾信號(hào)通常會(huì)損害GPS信號(hào)的質(zhì)量。

　　系統(tǒng)內(nèi)部干擾

　　GPS接收器與其它無線移動(dòng)通信發(fā)射器集成在同一線路板上使它很容易受系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)干擾，從而降低了其靈敏度和線性度。當(dāng)發(fā)射器處于發(fā)射模式時(shí)，部分發(fā)射信號(hào)會(huì)泄漏到GPS接收路徑上。接收器因此將面臨很高的總輸入功率，并可能導(dǎo)致接收器的后端電路飽和。這會(huì)導(dǎo)致接收器后端產(chǎn)生非線性信號(hào)，并使接收過程的信號(hào)產(chǎn)生錯(cuò)誤。為了避免這種現(xiàn)象，需要阻止帶外發(fā)射信號(hào)進(jìn)入GPS接收路徑。因此要求GPS接收路徑具有很好的帶外發(fā)射信號(hào)抑制能力。通過對干擾信號(hào)的抑制，可以防止GPS芯片組由于強(qiáng)大的干擾功率而出現(xiàn)過載，并能為接收信號(hào)提供線性放大。

　　確保接收器的靈敏度和線性

　　設(shè)計(jì)師一般會(huì)在GPS低噪聲放大器(LNA)兩端各放一個(gè)濾波器。在LNA前面的濾波器有助于抑制帶外信號(hào)，同時(shí)防止LNA進(jìn)入飽和狀態(tài)。這個(gè)濾波器必須具有很低的插入損耗。應(yīng)該避免在LNA之前放一個(gè)高插損的濾波器，因?yàn)檫@樣會(huì)增加系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。根據(jù)Friis公式，系統(tǒng)總噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)的噪聲系數(shù)或損耗。LNA后面的濾波器則可以用來進(jìn)一步改善帶外抑制性能，以防止后級(jí)電路過載。

　　然而，圖2所示的噪聲計(jì)算中，即使LNA具備特別良好的噪聲系數(shù)(0.8dB)，但在其前面放置一個(gè)插入損耗低至0.5dB的前置濾波器則可降低級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)。只有當(dāng)增益足夠高時(shí)，級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)才取決于第一級(jí)電路。第一級(jí)濾波器的負(fù)增益能夠使級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)降至1.35dB。因此，該解決方案有三個(gè)部件，包括兩個(gè)濾波器和一個(gè)LNA。

　　簡化的S-GPS設(shè)計(jì)

　　上述方案可簡化為只帶一個(gè)濾波器的解決方案，即把具有良好線性度的LNA作為第一級(jí)，把具有良好帶外抑制性能的濾波器作為第二級(jí)。本部分將詳細(xì)介紹適用作GPS接收器前端的“LNA-濾波器”模塊。其集成了低噪聲、高線性度的增強(qiáng)型假晶高電子遷移率晶體管(E-pHEMT)LNA和低插損的高帶外抑制的薄膜腔聲諧振器(FBAR)濾波器。這種組合可以形成兼具極好噪聲系數(shù)和良好線性度的前端。

　　E-pHEMT技術(shù)可以用來設(shè)計(jì)出高度線性的LNA;FBAR技術(shù)則用來設(shè)計(jì)高Q值的小型濾波器，使其具備非常陡峭的滾降或優(yōu)秀的帶外抑制性能。集成了FBAR濾波器的LNA模塊能夠?qū)Ψ涓C和PCS頻段信號(hào)提供足夠的抑制，并有助于提升并行或并發(fā)GPS(S-GPS)工作的接收器性能。

　　高線性度的“LNA-濾波器”模塊可以處理高輸入功率而不會(huì)壓縮接收信號(hào)。因此，只要GPS路徑與PCS/蜂窩路徑之間有足夠的隔離度，LNA模塊前面的濾波器就可以省略。沒有前端濾波器，系統(tǒng)的噪聲系數(shù)就取決于LNA，可低至0.8dB。這種實(shí)現(xiàn)方法極大地改善了接收器的靈敏度。

　　由于濾波器的帶寬較窄，將LNA和濾波器集成還能使模塊的輸入阻抗看起來更集中(在Smith圖上的阻抗擴(kuò)散較小)。與沒有后置濾波器的分離式LNA相比，該方案使得天線和輸入LNA模塊之間的阻抗匹配更加容易。單芯片解決方案還能確保更可靠和更一致的接收器性能。

　　分析和討論

　　圖3給出了由于帶外干擾而對GPS信號(hào)進(jìn)行增益壓縮測量所使用的測試設(shè)置。根據(jù)圖3表格所示的值設(shè)置PCS/蜂窩頻段信號(hào)的功率電平，以表示GPS路徑和PCS/蜂窩路徑之間的隔離范圍。1.575GHz GPS信號(hào)的輸入功率電平固定為-35dBm，而PCS/蜂窩功放的輸出功率為+24dBm。供應(yīng)不同的輸入功率電平給LNA模塊(或GPS天線)輸入端可改變隔離電平。模塊輸入端干擾源產(chǎn)生的輸入功率部分可以用以下公式計(jì)算：