低噪聲放大器在無(wú)線(xiàn)數據接收中的應用

本文將討論一個(gè)在無(wú)線(xiàn)移動(dòng)數據接收中常見(jiàn)的問(wèn)題。

　　射頻接收機面臨的問(wèn)題

　　射頻接收機所面臨的共同問(wèn)題是必須用同樣的硬件處理強弱兩種信號，同時(shí)要保證信號的完整性。對于移動(dòng)用戶(hù)來(lái)講，這個(gè)問(wèn)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，在遠離天線(xiàn)時(shí)信號較弱，潛在問(wèn)題是數據可能會(huì )丟失，而靠近天線(xiàn)時(shí)信號則較強，又容易導致飽和從而影響信號的完整性。另外一種情況是手持設備如筆記本電腦可能會(huì )因為建筑物阻擋而導致信號減弱，甚至丟失。當避開(kāi)建筑物阻擋時(shí)，信號強度增強，相當于更接近天線(xiàn)而出現接收機飽和的問(wèn)題，如圖2所示。因此，接收機必須具有不同的增益及其靈敏度來(lái)放大信號，以滿(mǎn)足信號從強到弱的變化。

　　射頻前端

　　為了確保接收機信號的可靠性，針對不同信號強度，射頻前端需要具有調節性能的能力。對于弱信號而言，低噪聲放大器應具有高增益和低噪聲；對于強信號而言，為避免接收機過(guò)載應選擇具有低增益和高線(xiàn)性的放大器。集成旁路功能的級聯(lián)放大器應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(xiàn)性的性能。

　　圖3所示為一個(gè)無(wú)線(xiàn)接收機的前端，可以看到這是一個(gè)由兩級放大器組成的級聯(lián)放大器，每級都有旁路開(kāi)關(guān)并帶一個(gè)濾波器，用于濾除帶外干擾信號。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；當用作旁路時(shí)，可以使大信號直接傳遞過(guò)去，并獲得較好的線(xiàn)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噪聲系數，且具有較高的增益；對于中等強度的信號，由于此時(shí)不需要高增益，因此第二級放大器是不工作的，此時(shí)可以提供中等的放大增益以及好的噪聲系數；由于在旁路功能時(shí)，電路消耗幾乎為零，因此當把第二級旁路時(shí)將會(huì )減少電路消耗，增加電池使用時(shí)間；當低級放大器旁路時(shí)可以保證其線(xiàn)性，或者在信號上把兩級放大器都旁路掉，兩級放大器帶來(lái)的衰減可以保證接收機不飽和，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。傳統的設計方法是使用一個(gè)低噪聲放大器加一個(gè)旁路開(kāi)關(guān)，這樣控制電流可以滿(mǎn)足很大的動(dòng)態(tài)范圍。圖5所示的放大器需要復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，而且設計也很困難，最終導致投入市場(chǎng)時(shí)間變長(cháng)，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(kāi)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，使設計變得簡(jiǎn)單，板子尺寸減小，成本降低，滿(mǎn)足大動(dòng)態(tài)信號范圍的要求。

　　問(wèn)答選編

　　問(wèn)：旁路開(kāi)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？

　　答：開(kāi)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(wèn)：集成旁路開(kāi)關(guān)響應時(shí)間為多少，對于類(lèi)似的TD-SCDMA可以使用嗎？

　　答：可以用于TD系統，因為他們是GaAs，響應時(shí)間在1μs 以?xún)?。

　　問(wèn)：集成旁路開(kāi)關(guān)的結構和工作機理是什么?

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

　　問(wèn)：請問(wèn)放大器模式和旁路開(kāi)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(xiàn)性，功用是放大微弱的接收訊號。而旁路開(kāi)關(guān)模式則會(huì )稍微損耗太過(guò)強烈的接收訊號，擁有比放大模式更良好的直線(xiàn)性，功用是預防接收機的后級飽和。同時(shí)，旁路開(kāi)關(guān)模式所消耗的電流近乎為零，幫助系統省電。

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

　　答：現在我們的客戶(hù)已經(jīng)成功地使用AVAGO的低噪聲放大 器及PA設計出WiMAX基站及終端。

　　問(wèn)：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(wèn)：設計MMIC時(shí),需要注意哪些方面以降低PCB寄生參數的影響?如何布局?

　　答：在RF設計時(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(wèn)：強信號下，旁路開(kāi)關(guān)會(huì )自動(dòng)閉合還是需要外部控制閉合？

　　答：旁路開(kāi)關(guān)不會(huì )自動(dòng)閉合，必須由接收機系統調節對MMIC所輸入的電壓，控制MMIC的操作模式。

　　問(wèn)：你們的低噪聲放大器是線(xiàn)性的還是非線(xiàn)性的?帶寬多少?

　　答：我們可以提供DC-50GHz的不同頻率的LNA。當然各種性能指標也不一樣，需要設計時(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(wèn)：集成旁路開(kāi)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是寬帶的應用。MGA-785T6是 100MHz~2.5GHz。

　　問(wèn)：能否舉例說(shuō)明，MGA-655T6的旁路開(kāi)關(guān)接通和關(guān)斷時(shí)噪音性能和線(xiàn)性性能有何變化?

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

　　問(wèn)：接收機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對于這一問(wèn)題的解決有沒(méi)有優(yōu)勢？

　　答：擁有旁路開(kāi)關(guān)的LNA，對移動(dòng)性的接收機有優(yōu)勢。因為移動(dòng)性接收機在移動(dòng)時(shí)，會(huì )接收強弱不同的訊號。擁有 旁路開(kāi)關(guān)的LNA，可根據訊號的強弱，調節至適合的增益、噪音系數和直線(xiàn)性。

　　問(wèn)：在設計LNA時(shí)要不要考慮信號的峰均比？

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