射频收发器接收端口差分匹配电路的计算.doc

射频收发器接收端口差分匹配电路的计算 刘若华 (上海交通大学上海200030） 摘要：本文根据实例介绍 GSM 手机中射频收发器接收端的低噪声放大器（LNA）到表面声波滤波器（SAW Filter）之间的差分匹配电路的计算方法。 关键词：射频收发器(RF Transceivers)，表面声波滤波器（SAW Filter），低噪放 (LNA)，差分匹配，阻抗,导纳，史密斯圆图(Smith Chart)。 中图分类号： 0 引言 接收灵敏度是 GSM 手机射频性能的重要指标，匹配电路的调整是优化接收灵敏度的主要方法。常见的 GSM 手机射频接收电路如图一所示，需要调整的匹配电路主要有两部份，一部份是单端匹配电路，是调整 SAW Filter 单端输入端口至天线端口路径的阻抗到 50 欧姆；另一部份是差分匹配电路，是调整差分路径的阻抗满足 SAW Filter 负载阻抗的要求。一般大家都比较熟悉单端匹配电路的调试方法，本文介绍的是如何根据 SAW Filter 和 RF Transceiver 规格书的要求来计算差分匹配电路的值。 1 差分匹配电路的计算方 差分匹配电路的计算方法 本文以MTK的GSM Transceiver AD6548和Murata的SAW Filter SAFEK881MFL0T00R00 为例，按照六个步骤，通过图解和计算公式详细介绍差分匹配电路的计算方法。 1.1根据 根据 RF Transceiver RF Transceiver的规格书计算单端的规格书计算单端 LNA输入阻抗 根据 AD6548 的规格书，接收端 LNA 输入阻抗如表一所示： 以 GSM850 频段为例，输入阻抗 85-J110 的电路模型是一个电阻串联一个电抗原件，+J表示感性原件，-J 表示容性原件。这里是一个 85 Ohms 的电阻串联一个 110 Ohms 的容性原件。我们可以按照如图二所示的步骤把串联电路转换成单端等效电路： 图中 R＝85 Ohms, Z1= -110 Ohms。 我们能计算出: R/2= 42.5 Ohms, Z1/2= -55 Ohms。 1.2 根据 SAW Filter SAW Filter 的规格书计算出期望的单端负载阻抗 一般 SAW Filter 的规格书会指明它所期望的负载阻抗，以 Murata 的 SAW Filter SAFEK881MFL0T00R00 为例，要求负载阻抗是 150 Ohms// 82 nH, 电路模型为 150 Ohms 的电阻并联 82 nH 的电感。我们可以按照如图三所示的步骤把并联电路转换成单端等效电路： 图中Xp = 2πfL (Xp 是一个电感)； Xp = 1/2πfC (Xp 是一个电容)。 为了计算出 X，我们需要选择一个频率点，这里我们选择 GSM850 接收频段的中心频 点 881MHz，我们可以计算出： X/2 = 2π×881×106×82×10-9/2 = 227 Ohms； R/2 = 150/2 = 75 Ohms。 1.3 计算出单端阻抗和导纳 根据 1.1 和 1.2 的结果，可以得到： 单端 LNA 输入阻抗 Z = 42.5-J55 Ohms(串联电路一般用阻抗表示)。 期望单端负载导纳 Y = 1/75-J(1/227) = 0.013-J0.0044 Seimens(并联电路一般用导纳表示)。 1.4 设置 设置 Smith -Chart工具 我们的目的是把单端 LNA 输入阻抗(Z = 42.5-J55 Ohms)通过匹配网络使其导纳等于期望单端负载的导纳(Y= 0.013-J0.0044 Seimens)，在 Smith-chart 工具上我们能很容易找到这两个点。 我们可以通过 Smith-chart 工具很容易得到匹配值。打开 Smith-Chart 工具，我们需要设置以下参数： (1) 设置参考阻抗为 50 Ohms； (2) 设置频率为 881 MHZ； (3) 设置初始阻抗值为 Z = 42.5-J55 Ohms。 1.5 利用 Smith- Chart 工具得到单端匹配值 如图四，在 Smith-Chart 工具界面上的点 1 就是我们初始阻抗 Z 的位置，我们需要把它匹配到 Y = 0.013-J0.0044 的位置。我们先可以串联一个电感把实部定位到 Y=0.013 的导纳圆上，然后我们在并联一个电感把虚部定位到 Y = -J0.0044 的位置上。这样我们就找到的目标点 3。我们能在工具界面中看到串联电感值 Ls = 3 nH, 并联电感值 Lp = 11.2nH,由于实际应用中没有 11.2nH 这个电感值，我们取 Lp = 11 nH,这