CDMA低噪聲放大器的研究與設計

移動通信技術是現(xiàn)代通信技術和計算機技術高度發(fā)展和相互結合的產(chǎn)物。隨著數(shù)字化信息技術的廣泛應用，現(xiàn)代通信技術正以前所未有的高速度發(fā)展，移動通信也正沿著多址通信的方向發(fā)展。CDMA|0">CDMA(碼分多址)與FDMA(頻分多址)和TDMA(時分多址)相比，具有系統(tǒng)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。基于這些優(yōu)點CDMA技術得到了廣泛的應用。

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(shù)，從而很大程度上決定了接收機靈敏度。因此噪聲系數(shù)小、增益高、帶內(nèi)平坦、高線性的CDMA低噪聲放大器成為CDMA收發(fā)信機的一個重要組成部分。

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；為了實現(xiàn)增益可調(diào)節(jié)使用了數(shù)控衰減器ATT1；為了實現(xiàn)輸出功率自動控制，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小單元:電源處理電路、監(jiān)控處理電路、射頻(RF)鏈路。電源處理電路采用開關電源LM7805，將外部提供的9V電壓轉換為各個芯片工作所需要的5V電壓。LM7805具有轉換效率高，可允許輸入電壓動態(tài)范圍大的特點；監(jiān)控處理電路實現(xiàn)與上位機的RS485通信接口、輸出信號功率檢測、模塊增益調(diào)節(jié)和自動電平控制(ALC)。

RF鏈路工作原理如圖1所示。首先，輸入隔離器ISOLATOR1實現(xiàn)良好的輸入駐波比性能，輸入信號然后經(jīng)過AMP1、AMP2兩級放大，接著經(jīng)過聲表面濾波器SAW對帶外信號進行抑制，再經(jīng)過AMP3第三級放大后，經(jīng)過實現(xiàn)增益可調(diào)節(jié)的數(shù)控衰減器ATT1，經(jīng)過實現(xiàn)自動電平控制壓控衰減器ATT2，再經(jīng)過AMP4第四級放大，在AMP4后分一小部分能量給檢波器實現(xiàn)輸出功率檢測，主信號最后通過輸出隔離器ISOLATOR2輸出。

CDMA低噪聲放大器設計關鍵問題及解決措施

低噪聲、高增益的第一級和第二級放大器的設計

根據(jù)噪聲系數(shù)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(shù)、NFm為第m級的噪聲系數(shù)、Avm為第m級的增益。)，整個放大器的噪聲系數(shù)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低噪聲放大器設計的難點。使用Agilent的Advanced Design System(ADS)對AMP1和AMP2進行噪聲和增益的S參數(shù)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(nèi)波動的調(diào)節(jié)聲表面濾波器具有體積小、過濾帶較陡、選擇性好的特點。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。同時由于聲表面濾波器本身帶內(nèi)波動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(nèi)波動指標通常變得較差。所以必須在矢量網(wǎng)絡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，來改善帶內(nèi)波動。

線性度及其他問題考慮

為了保證該低噪聲放大器具有較小的非線性失真，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(jiān)控，通過通信接口實現(xiàn)增益調(diào)節(jié)、自動電平控制和輸出功率檢測等。電磁屏蔽也是一個不可忽略的問題，采用鋁制屏蔽盒隔離空間電磁場的干擾、防止射頻信號泄露，同時將射頻電路、供電電路、監(jiān)控電路用隔條隔開，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、高線性、帶內(nèi)平坦度好等性能。

測試與結果

通過對電路的連接調(diào)試，使用數(shù)字信號源、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡分析儀和噪聲系數(shù)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(nèi)波動和三階互調(diào)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(nèi)波動測試結果



圖5 低噪聲放大器的三階互調(diào)測試結果

結束語

CDMA(碼分多址)蜂窩移動通信是近年來世界上迅速發(fā)展的用于數(shù)字蜂窩移動通信的一種先進擴頻通信技術，具有輻射小、通話質(zhì)量好、保密性高等優(yōu)點。幾乎全球各大電信設備制造公司都提供CDMA系統(tǒng)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。