簡(jiǎn)介

S-GPS（同步全球定位系統(tǒng)）是 GPS 信號(hào)的接收和手機(jī)語(yǔ)音或數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸在同一時(shí)間發(fā)生的操作。語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸中的干擾信號(hào)可能會(huì)泄漏到 GPS 接收器的通路中，并會(huì)因接收器的低噪聲放大器或接收器后端的過(guò)載而影響接收器的靈敏度。

這對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)人員構(gòu)成了一大挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)人員需要對(duì)微弱傳入的 GPS 信號(hào)，同時(shí)還有語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸中的強(qiáng)干擾信號(hào)保持 GPS 接收器的靈敏度。這需要 GPS 接收器前端針對(duì)微弱的 GPS 信號(hào)具有低噪聲系數(shù)和高增益，同時(shí)還能非常有效地阻斷強(qiáng)干擾信號(hào)。

低插入損耗、高阻斷能力的 FBAR 濾波器

與低噪聲放大器集成一體通過(guò)安放一個(gè)前置濾波器即可阻止泄漏到 GPS 接收通路中的強(qiáng)干擾信號(hào)。根據(jù) Friis 方程，第一級(jí)的噪聲系數(shù)或插入損耗將對(duì)接收器鏈路的噪聲系數(shù)起著主導(dǎo)作用，為后級(jí)提供合理的增益。因此，將低插入損耗、高帶外抑制的濾波器與低噪聲、高增益和良好線性度的放大器集成一體，對(duì)實(shí)現(xiàn)上一段中所提到的目標(biāo)能起重要作用 。

Avago Technologies 的 GPS 前端模塊由 FBAR 濾波器和GaAs E-pHEMT（增強(qiáng)模式偽形態(tài)高電子遷移率晶體管）低噪聲放大器組成。FBAR 是由 Avago Technologies 開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)具有突破性的諧振器技術(shù)。這一技術(shù)能用來(lái)生產(chǎn)Q 值（品質(zhì)因數(shù)）極高的小型化濾波器。優(yōu)異的 Q 值轉(zhuǎn)換成一個(gè)非常陡然的濾波器頻率響應(yīng)跌落或極好的不同頻道信號(hào)傳輸抑制。有了集成濾波器，該模塊即可對(duì)干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)卓越的不同頻道信號(hào)傳輸抑制。這是在 1.575GHz的 GPS 信號(hào)附近過(guò)濾掉所有的干擾信號(hào)，同時(shí)保持放大器的低噪聲系數(shù)必不可少的一個(gè)特征。例如，衛(wèi)星電話通信頻帶使用的是 1.62GHz信號(hào)，非常接近于 GPS 頻率。因此，需要一個(gè)具有非常陡然的頻率響應(yīng)跌落的過(guò)濾器來(lái)阻斷 1.62GHz 信號(hào)，同時(shí)又不顯著衰減帶內(nèi) GPS 信號(hào)。

由于噪聲系數(shù)始終受制于接收通路的第一級(jí)，因而將低插入損耗 FBAR 濾波器集成到模塊的第一級(jí)中，隨后放置 GaAs 低噪聲放大器，即可產(chǎn)生一個(gè)噪聲系數(shù)非常低、帶內(nèi)阻斷能力高的 GPS 放大器模塊。

射頻性能

表 1 歸納了一些帶有不同前置濾波器、后置濾波器和放大器組合的 Avago Technologies GPS 模塊的射頻性能。ALM-1912 和 ALM-2712 都在第一級(jí)設(shè)有 FBAR 濾波器，隨后放置低噪聲放大器。ALM-2712 比 ALM-1912 多了一個(gè)后置濾波器。ALM-1412 則以低噪聲放大器和后置濾波器為組合。

參見(jiàn)表 1，ALM-1912 和 ALM-2712 對(duì)于干擾信號(hào)表現(xiàn)出明顯的阻斷能力。ALM-1912 和 ALM-2712 的帶外輸入 P1dB 在蜂窩頻段、PCS 頻段和無(wú)線頻段均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于 LNA 之前沒(méi)有濾波器的 ALM-1412。高頻率響應(yīng)跌落 P1dB 表明該模塊能夠在強(qiáng)干擾信號(hào)存在的情況下工作，不會(huì)導(dǎo)致放大器飽和。

測(cè)量和測(cè)試設(shè)置

另一項(xiàng)測(cè)量是為了比較 3 個(gè)模塊阻斷干擾信號(hào)的能力。該測(cè)量旨在監(jiān)測(cè)模塊的噪聲系數(shù)隨一定功率電平的干擾信號(hào)存在而發(fā)生的退化。在這一測(cè)量中，干擾信號(hào)的頻率為 1.62GHz，接近于 GPS 頻率并會(huì)給 GPS 頻率噪聲系數(shù)帶來(lái)最顯著的影響。圖 2 顯示了該測(cè)量的測(cè)試設(shè)置。

處于干擾頻率的 CW 信號(hào)（干擾信號(hào)）是由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的。干擾信號(hào)和噪聲源相結(jié)合共同使用一個(gè)功率合成器，并被一起饋送到 GPS 模塊，以測(cè)量模塊的噪聲系數(shù)。

在干擾信號(hào)與噪聲源結(jié)合之前，由外部前置放大器放大干擾信號(hào)以提高信號(hào)的功率電平。噪聲系數(shù)分析儀能在非常低的噪聲基底測(cè)量或接收信號(hào)。因此，任何來(lái)自干擾源的額外噪聲都很重要并將被納入噪聲系數(shù)測(cè)量之中。噪聲基底高的干擾源在 GPS 頻率中可能會(huì)最終導(dǎo)致測(cè)量干擾源的噪聲基底，而不是測(cè)量模塊的噪聲系數(shù)。為了確保在噪聲系數(shù)測(cè)量中沒(méi)有包括額外的噪聲基底，可通過(guò)濾波器衰減 GPS 頻率的干擾信號(hào)，以便抑制這個(gè)頻率的信號(hào)/噪聲。

正如上一段中所討論的，必須在 GPS 頻率對(duì)干擾信號(hào)的噪聲基底進(jìn)行高效抑制，以使本測(cè)試得以正確而精準(zhǔn)的測(cè)量。參見(jiàn)圖 2，一個(gè)帶通濾波器被置于干擾信號(hào)源處，可過(guò)濾干擾信號(hào)的諧波。此外，還有兩個(gè)陷波濾波器被置于帶通濾波器之后，可在 GPS 頻率中抑制干擾信號(hào)的噪聲基底。圖 3 顯示了 2 個(gè)級(jí)聯(lián)陷波濾波器和 1 個(gè)帶通濾波器的頻率響應(yīng)。級(jí)聯(lián)濾波器在1.575GHz 達(dá)到 100dB 的衰減，并在 1.62GHz 的干擾信號(hào)頻率中實(shí)現(xiàn)低損耗。

對(duì)于 DTU（被測(cè)裝置）／GPS 模塊之后的測(cè)試設(shè)置，GPS 帶通濾波器應(yīng)置于噪聲系數(shù)分析儀之前，以阻止強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入噪聲系數(shù)分析儀。這將有助于避免分析儀遭受強(qiáng)干擾信號(hào)引起的過(guò)載。

討論和測(cè)量結(jié)果

圖 4 顯示了模塊噪聲系數(shù)在 1.62GHz 強(qiáng)干擾信號(hào)背景中的退化。退化是以沒(méi)有干擾信號(hào)時(shí)的模塊噪聲系數(shù)作為參考依據(jù)的。結(jié)果是基于圖 2 所示的測(cè)試設(shè)置所測(cè)量的。

ALM-1412 沒(méi)有將前置濾波器設(shè)為第一級(jí)，噪聲系數(shù)在干擾信號(hào)達(dá)到 -10dBm 的功率電平前就降低了 1dB以上。ALM-1912 和 ALM-2712 均未在功率電平高達(dá)20dBm 的強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)顯示噪聲系數(shù)退化。

由此可見(jiàn)，帶前置濾波器的 GPS 模塊對(duì)強(qiáng)干擾信號(hào)具有更好的抑制作用。這個(gè)示例中所測(cè)得的數(shù)據(jù)顯示，帶前置濾波器的 ALM-1912 和 ALM-2712 在強(qiáng)干擾信號(hào)存在的情況下要比放大器前沒(méi)有前置濾波器的 ALM-1412 具有更好的穩(wěn)固性。

綜述

總的來(lái)說(shuō)，在第一級(jí)中集成 FBAR 濾波器將受益于卓越的帶外抑制，并對(duì)干擾信號(hào)表現(xiàn)出更加穩(wěn)定的噪聲系數(shù)性能。FBAR 濾波器的低插入損耗也有助于放大器實(shí)現(xiàn)最低的噪聲系數(shù)退化。結(jié)果顯示，帶有插入損耗低、帶外抑制高的 FBAR 前置濾波器的 GPS 放大器模塊不愧為一個(gè)很好的 GPS 接收鏈路解決方案。此外，所有元件都集成到一個(gè)小型模塊封裝中，減少了所需的電路板空間并縮短了設(shè)計(jì)周期。

參考文獻(xiàn)

• D.Orban 和 T.Eyerman 撰寫(xiě)的“GPS Antenna LNA”（《GPS 天線 LNA》）
• 應(yīng)用說(shuō)明 AN- 5240：“ALM-1106 as a 1.575 GHz GPSLow Noise Ampli?er”（《ALM- 1106 作為 1.575GHz GPS 低噪聲放大器》）
• Allen Chien 和 Won Kyu Kim 撰寫(xiě)的“Improving S-GPS sensitivity”（《提高 S-GPS 靈敏度》）S-GPS_sensitivity-article-farr_avago_jun2008-html.aspx)