一種CDMA LNA的設計方案

移動(dòng)通信技術(shù)是現代通信技術(shù)和計算機技術(shù)高度發(fā)展和相互結合的產(chǎn)物。隨著(zhù)數字化信息技術(shù)的廣泛應用，現代通信技術(shù)正以前所未有的高速度發(fā)展，移動(dòng)通信也正沿著(zhù)多址通信的方向發(fā)展。CDMA(碼分多址)與FDMA(頻分多址)和TDMA(時(shí)分多址)相比，具有系統容量大而且配置靈活、頻譜利用率高、軟切換、保密性能好的優(yōu)點(diǎn)?；谶@些優(yōu)點(diǎn)CDMA技術(shù)得到了廣泛的應用。

CDMA低噪聲放大器作為CDMA接收機的第一級，直接決定了整機的噪聲系數，從而很大程度上決定了接收機靈敏度。因此噪聲系數小、增益高、帶內平坦、高線(xiàn)性的CDMA低噪聲放大器成為CDMA收發(fā)信機的一個(gè)重要組成部分。

CDMA低噪聲放大器的研究與設計

CDMA低噪聲放大器電路的基本原理

該低噪聲放大器功能框圖如圖1所示。為滿(mǎn)足50dB的高增益，該低噪聲放大器采用四級放大AMP1、AMP2、AMP3和AMP4；為了得到很好的輸入輸出駐波比，在輸入端使用了隔離器ISOLATOR1，在輸出端使用了隔離器ISOLATOR2。為了抑制帶外的各種雜散信號，使用了工作于該頻段的抑制度較高的聲表面濾波器SAWFILTER；為了實(shí)現增益可調節使用了數控衰減器ATT1；為了實(shí)現輸出功率自動(dòng)控制，使用了壓控衰減器ATT2。

圖1 CDMA低噪聲放大器框圖

該電路可劃分為三個(gè)小單元:電源處理電路、監控處理電路、射頻(RF)鏈路。電源處理電路采用開(kāi)關(guān)電源LM7805，將外部提供的9V電壓轉換為各個(gè)芯片工作所需要的5V電壓。LM7805具有轉換效率高，可允許輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)；監控處理電路實(shí)現與上位機的RS485通信接口、輸出信號功率檢測、模塊增益調節和自動(dòng)電平控制(ALC)。

RF鏈路工作原理如圖1所示。首先，輸入隔離器ISOLATOR1實(shí)現良好的輸入駐波比性能，輸入信號然后經(jīng)過(guò)AMP1、AMP2兩級放大，接著(zhù)經(jīng)過(guò)聲表面濾波器SAW對帶外信號進(jìn)行抑制，再經(jīng)過(guò)AMP3第三級放大后，經(jīng)過(guò)實(shí)現增益可調節的數控衰減器ATT1，經(jīng)過(guò)實(shí)現自動(dòng)電平控制壓控衰減器ATT2，再經(jīng)過(guò)AMP4第四級放大，在A(yíng)MP4后分一小部分能量給檢波器實(shí)現輸出功率檢測，主信號最后通過(guò)輸出隔離器ISOLATOR2輸出。

CDMA低噪聲放大器設計關(guān)鍵問(wèn)題及解決措施

低噪聲、高增益的第一級和第二級放大器的設計

根據噪聲系數的級連公式NFtot(m)=NF1+(N F2-1)/A v1+…+(N Fm-1)/Av1…A v(m-1) (其中NFtot (m)為m級總的噪聲系數、NFm為第m級的噪聲系數、Avm為第m級的增益。)，整個(gè)放大器的噪聲系數主要由第一級和第二級所決定。具有低噪聲和高增益的第一級和第二級放大器的設計是整個(gè)低噪聲放大器設計的難點(diǎn)。使用Agilent的Advanced Design System(ADS)對AMP1和AMP2進(jìn)行噪聲和增益的S參數仿真，得到的結果如圖2和圖3所示。

圖2 AMPI的噪聲和增益仿真結果

圖3 AMP2的噪聲與增益仿真結果

通過(guò)聲表面濾波器提高帶外抑制性能和加入

聲表面濾波器后帶內波動(dòng)的調節聲表面濾波器具有體積小、過(guò)濾帶較陡、選擇性好的特點(diǎn)。加入聲表面濾波器提高了低噪聲放大器帶外抑制性能，改善了頻率選擇性。同時(shí)由于聲表面濾波器本身帶內波動(dòng)和帶外抑制是一對相矛盾的指標，所以加入聲表面濾波器后該低噪聲放大器的帶內波動(dòng)指標通常變得較差。所以必須在矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀上單獨測得聲表面濾波器的S11和S22，加入輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò )，來(lái)改善帶內波動(dòng)。

線(xiàn)性度及其他問(wèn)題考慮

為了保證該低噪聲放大器具有較小的非線(xiàn)性失真，要選用高OIP3的器件，尤其是最后一級放大器AMP4。

在低噪聲放大器設計中還應考慮監控，通過(guò)通信接口實(shí)現增益調節、自動(dòng)電平控制和輸出功率檢測等。電磁屏蔽也是一個(gè)不可忽略的問(wèn)題，采用鋁制屏蔽盒隔離空間電磁場(chǎng)的干擾、防止射頻信號泄露，同時(shí)將射頻電路、供電電路、監控電路用隔條隔開(kāi)，防止它們相互之間的干擾。最終設計出的低噪聲放大器具有低噪聲、高增益、高線(xiàn)性、帶內平坦度好等性能。

測試與結果

通過(guò)對電路的連接調試，使用數字信號源、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀和噪聲系數分析儀測得的該低噪聲放大器的各項指標如表1。表1中帶內波動(dòng)和三階互調的頻譜儀截圖如圖4和圖5所示。

表1 低噪聲放大差的性能

圖4 低噪聲放大器的帶內波動(dòng)測試結果

圖5 低噪聲放大器的三階互調測試結果　

結束語(yǔ)

CDMA(碼分多址)蜂窩移動(dòng)通信是近年來(lái)世界上迅速發(fā)展的用于數字蜂窩移動(dòng)通信的一種先進(jìn)擴頻通信技術(shù)，具有輻射小、通話(huà)質(zhì)量好、保密性高等優(yōu)點(diǎn)。幾乎全球各大電信設備制造公司都提供CDMA系統設備，而CDMA低噪聲放大器是CDMA收發(fā)信機中極其重要的部件。