低噪聲放大器在無線數(shù)據(jù)接收中的應(yīng)用

本文將討論一個在無線移動數(shù)據(jù)接收中常見的問題。

射頻接收機面臨的問題

射頻接收機所面臨的共同問題是必須用同樣的硬件處理強弱兩種信號，同時要保證信號的完整性。對于移動用戶來講，這個問題將更為突出。信號必須在不同地點以及不同條件下得到最優(yōu)處理，如圖1所示，在遠離天線時信號較弱，潛在問題是數(shù)據(jù)可能會丟失，而靠近天線時信號則較強，又容易導(dǎo)致飽和從而影響信號的完整性。另外一種情況是手持設(shè)備如筆記本電腦可能會因為建筑物阻擋而導(dǎo)致信號減弱，甚至丟失。當(dāng)避開建筑物阻擋時，信號強度增強，相當(dāng)于更接近天線而出現(xiàn)接收機飽和的問題，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放大信號，以滿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(diào)節(jié)性能的能力。對于弱信號而言，低噪聲放大器應(yīng)具有高增益和低噪聲；對于強信號而言，為避免接收機過載應(yīng)選擇具有低增益和高線性的放大器。集成旁路功能的級聯(lián)放大器應(yīng)具有高增益和低噪聲的性能，同時在旁路時，又需要有低增益高線性的性能。

圖3所示為一個無線接收機的前端，可以看到這是一個由兩級放大器組成的級聯(lián)放大器，每級都有旁路開關(guān)并帶一個濾波器，用于濾除帶外干擾信號。該低噪聲放大器可以在放大時獲得較低的噪聲，保證較好的靈敏度；當(dāng)用作旁路時，可以使大信號直接傳遞過去，并獲得較好的線性。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(shù)，且具有較高的增益；對于中等強度的信號，由于此時不需要高增益，因此第二級放大器是不工作的，此時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，電路消耗幾乎為零，因此當(dāng)把第二級旁路時將會減少電路消耗，增加電池使用時間；當(dāng)?shù)图壏糯笃髋月窌r可以保證其線性，或者在信號上把兩級放大器都旁路掉，兩級放大器帶來的衰減可以保證接收機不飽和，此時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)計方法是使用一個低噪聲放大器加一個旁路開關(guān)，這樣控制電流可以滿足很大的動態(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)計也很困難，最終導(dǎo)致投入市場時間變長，裝備成本變高。

圖6所示的是一個集成旁路功能的低噪聲放大器實例。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)計變得簡單，板子尺寸減小，成本降低，滿足大動態(tài)信號范圍的要求。

問答選編

問：旁路開關(guān)最大隔離，插損有多少？會不會增加了本身 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)時間為多少，對于類似的TD-SCDMA可以使用嗎？

答：可以用于TD系統(tǒng)，因為他們是GaAs，響應(yīng)時間在1μs 以內(nèi) 。

問：集成旁路開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作機理是什么?

答：集成旁路開關(guān)是在芯片上建立一個和放大器平行的開 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 的強度，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？

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。而旁路開關(guān)模式則會稍微損耗太過強烈的接收訊號，擁有比放大模式更良好的直線性，功用是預(yù)防接收機的后級飽和。同時，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MMIC時,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)計時，主要考慮阻抗的匹配及板材的損耗等。如果要進一步提高性能，需要仿真軟件的進一步支持 。

問：強信號下，旁路開關(guān)會自動閉合還是需要外部控制閉合？

答：旁路開關(guān)不會自動閉合，必須由接收機系統(tǒng)調(diào)節(jié)對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)然各種性能指標也不一樣，需要設(shè)計時綜合考慮。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(放大器模式），噪音系數(shù)約1.1dB，IIP3(Input 3rd order Intercept Point)在+5.5dBm。

問：接收機在接收靈敏度很高的情況下靜態(tài)音質(zhì)很好，而在移動時卻不好，LNA對于這一問題的解決有沒有優(yōu)勢？

答：擁有旁路開關(guān)的LNA，對移動性的接收機有優(yōu)勢。因為移動性接收機在移動時，會接收強弱不同的訊號。擁有 旁路開關(guān)的LNA，可根據(jù)訊號的強弱，調(diào)節(jié)至適合的增益、噪音系數(shù)和直線性。

問：在設(shè)計LNA時要不要考慮信號的峰均比？

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