低噪声放大器在手机GPS上的应用.pdfVIP

低噪声放大器在手机 GPS 上的应用 早在 2001 年911 恐怖事件以后，美国基于安全的考虑，强制要求手机具有 GPS 定位功能， 以确定该手机的实时位置。近年来，随着我国基础建设的迅猛发展，道路建设日新月异；人 们工作生活节奏加快，GPS 导航定位系统日显重要，需求增加。最近有消息称：诺基亚高调 宣布为其智能手机推出了 Ovi 地图新版本，将包括高端的步行和驾驶导航。此举被视为对 GPS 手机导航产业以及 GPS 导航相关产业影响巨大的变革。随着手机性能的普遍提升，以及 手机 GPS 接收机独特问题的解决，GPS 功能已不再是高端手机独享的配置，正在向普通手机 标配发展。 GPS 功能简介 GPS 全称为全球定位系统，由 24 颗卫星分布在 6个不同高度的轨道上，按功能分有导航和 定位两个；按应用分军用和民用。其中军用频率在 1.227GHz ，由美国军方独占，用途主要 用于武器制导，侦查等军事和战争用途，精度高。民用频率在 1.575GHz，供全球免费使用， 用途主要用于海航，自然科学领域，更广泛的是我们熟悉的汽车行驶导航等。 只有同时接 收到 3 颗星的有效信号才能确定其位置。 GPS 信号微弱，接收机灵敏度通常在-136dBm 左右。 手机 GPS 的 挑战 手机应用的特点：体积小，功耗低，生产性好，器件便宜，设计时间短，产品面市快。基于 手机平台的 GPS 功能比独立 GPS 接收机有更高的要求，更具有挑战性，主要考虑以下几个方 面： 电子环境，功耗，体积，价格，设计时的便捷性和性能指标的容易实现性。 常见的单片 GPS 接收机采用 CMOS 工艺，达不到很高的收机灵敏度。相比汽车行驶在比较宽 阔空间的路面上，手持 GPS 比车载的移动更灵活，所处位置信号会更弱，多径接收更普遍。 要求接收能力更强，在接收前端增加滤波器和低噪放非常必要。 手机上的 GPS 设计之考虑 电子环境更恶劣。GPS 接收和手机功放在同一块板上，对 1.575GHz GPS信号而言其带外信 号主要有：900MHz,1800MHz 的 GSM 功放；1800—1900MHz 的 PCS 功放；2.4GHz 的 WLAN, 蓝牙; 以及2.5—2.7GHz的 WiMAX。这些信号虽不会同时存在，但每个都很强，对 GPS 接收 性能都有明显影响。实验表明：-15dBm 的带外信号，会引起 GPS 低噪放增益下降 1dB. 因 此，选择手机 GPS 低噪放时不仅要看其自身的噪声系数和增益，更要关注其带外衰减指标， 这对 GPS 接收机的捕捉能力，跟踪性能和定位精度，乃至能否正常工作至关重要。 CDMA, WCDMA手机收发是双工工作的，其功放的发射信号和噪声会对 GPS 信号形成干扰乃至 堵塞 。因此，GPS 接收机必须外加 LNA 和高性能的滤波器。LNA增加了其接收灵敏度，而滤 波器则增强带外衰减。对设计布线上另一个好处是，LNA 可放置在靠近天线端，降低对 GPS 接收模块位置的要求，并使 GPS 接收机噪声系数得到 1.5dB 左右的改善。然而，由于 GSM 手机收发是时分工作的，相对而言对 GPS 信号的带外衰减要求不是很苛刻，可以省掉高性能 的滤波器，用简单地滤波加低噪放方案来实现 GPS 接收前端，以节省成本。 针对不同的系统和平台，目前，手机 GPS 接收前端有几种方案： --在GMS 系统上，选择有源天线，即低噪放和 GPS 接收天线集成在一起； --在CDMA, WCDMA 系统上，有分立的低噪放加滤波器，二种器件所采用的材料和性能都有选 择余地。以上方案这对设计时间，设计难度，性能指标，PCB 尺寸以及元件数都是挑战。 随着市场需求的变化，滤波器和低噪放集成在一起的 GPS 接收前端得到了广泛的应用，其好 处显而易见。和分立器件一样，二者有不同的组合：LNA+陶瓷滤波器或 LNA+SAW(声表面波 滤波器)。在市场上， 性能以 CaAs E-pHEMT+FBAR方案为最优：噪声小，线性更好，带外衰 减更好。 Avago 公司致力于 GPS接收前端模块 Avago 结合行业领先的CaAs E-pHEMT工艺和FBAR滤波器技术，提供GPS射频前端系列模块， 为 GPS 外加低噪放前端提供了多种选择，详见图 1，3，4，5 所示，结构有： Filter + LNA + Filter; Filter + LNA; LNA + Filter; 或单纯的 LNA，在规划和设计这些产品时 Avago 充分考虑了其应用环