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GPS是先放大后滤波还是行滤波后放大

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发表于 2016-5-2 11:21:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
各位好,大家做的手机或平板的GPS是GPS是先放大后滤波还是行滤波后放大。
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发表于 2016-5-2 12:38:02 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
以手机的GPS而言 一般是前后都加
当输入讯号在LNA的线性区时,其Gain为一定值,
但当输入讯号过大时,会使LNA饱和,导致Gain下降,亦即灵敏度变差,称之为Desense。




若LNA的Gain降为零,即输入讯号经过LNA时,完全不会被放大,
则有可能被Noise Floor淹没,此时称该接收讯号被阻塞(Blocked)。




但由于GPS接收的是太空卫星发射的讯号,其接收讯号极微弱,约-150 dBm,




因此其接收讯号强度并不会大到足以使其LNA饱和,
加上GPS只有单一Channel,换言之,会使LNA饱和的,皆为带外噪声。
以手机而言,因为里面会有许多射频功能,彼此间可能会有所干扰,如下图:




尤其是WCDMA,会有所谓Tx Leakage的问题,
再加上以手机而言,GPS与WCDMA都是用同一个接收机,例如高通的WTR1625L,
所以若接收讯号太过靠近,
很有可能WCDMA的Tx Leakage会先流到WCDMA的接收路径,再耦合到GPS的LNA输入端,
而Tx Leakage在LNA输入端,最大可到-24 dBm,远比GPS接收的-150 dBm来的大,会让LNA饱和,





因此一般而言,会先在LNA输入端,放上一颗SAW Filter,来抑制Tx Leakage,避免GPS LNA饱和,




而接收机整体的Noise Figure,公式如下 :








由上式可知,越前面的阶级,对于Noise Figure的影响就越大。换言之,
LNA输入端的Loss对于Noise Figure影响最大,也因此才会说 放后面灵敏度才会好
因为放前面 其Insertion Loss会直接升高Noise Figure,
而由灵敏度公式可知 :




若Noise Figure高, 灵敏度就低 故pre-SAW Filter的重点是Insertion Loss要小。
如果要拿掉Pre-SAW当然Insertion Loss减少对灵敏度提升是有帮助
但前提是要嘛你LNA线性度够 不会因强大Outband Noise而饱和
不过这点比较困难 因为动态范围的上下限 分别是P1dB跟灵敏度




你GPS要接收-150 dBm这么微弱的讯号下限给你定-150 dBm
动态范围给你算70 dB好了 表示你上限P1dB顶多是 -80 dBm
所以GPS要饱和是很容易的
所以在LNA线性度  无法大到抵挡Outband Noise时
不然就是你得祈祷都不会有Outband Noise来干扰
否则若LNA饱和Gain下降
而由前述Noise Figure公式已知LNA Gain下降Noise Figure压不下来
加上LNA饱和 会使Noise Floor上升C/N值下降  那灵敏度还是不会好
再来是讨论Post-SAW也就是LNA之后Mixer之前的SAW Filter
因为Mixer接收的 是LNA放大后的讯号  所以P1dB要比LNA更大
加上由下述Cascade IIP3公式可知 :




以接收机而言  越后端的Stage其IIP3对整体线性度有越大影响
因此可知相较于LNA Mixer的线性度更为重要
Post-SAW的目的 是砍掉被LNA放大后的外来Outband Noise
以及LNA自身产生的Outband Noise
换言之这是最后一道砍OutBand Noise的关卡所以Post-SAW的重点是OutBand Rejection能力要强
虽说通常OutBand Rejection能力大Insertion Loss就会大
但LNA后的Insertion Loss对整体Noise Figure影响不大
所以Insertion Loss大一点没关系但OutBand要砍得够深

如果Mixer饱和还是一样Noise Floor上升C/N值下降 灵敏度还是不会好
所以整理如下 :
Pre-SAW : Insertion Loss要小砍LNA输入端的Outband Noise
Post-SAW : OutBand Rejection要大砍LNA放大的外来Outabnd Noise
      以及LNA自身产生的Outband Noise
至于天线跟LNA间 要不要加Matching?
由于Matching是无源组件会贡献Insertion Loss
使RX整体Noise Figure压不下来
因此理论上拿掉可以提升灵敏度
但走线方面要非常注意,
首先,天线到LNA的走线要非常短,因为走线一长,阻抗就很难控制得好,同时也会增加Insertion Loss。
其次,表层走线具有最短走线距离,以及阻抗容易控制在50奥姆/100奥姆的优点,
因此天线到LNA的走线要走表层。
再者,天线到LNA的走线,其线宽不宜过细,阻抗误差如下式 :




因为PCB厂的制程能力,一般来说会有正负0.5mil的线宽误差,
因此,若线宽过细,则可能会阻抗误差过大,如此阻抗便很难控制得好,
同时Insertion Loss也会因线宽过细而加大,
因此该段走线的线宽不宜过细,必要时甚至可靠下层挖空的方式,在阻抗不变的情况下,来拓展线宽。




所以若阻抗控制做得好走线又短又宽 是可以拿掉的
否则若阻抗非完美的50/100奥姆又没有Matching来降低MisMatch Loss
那走线再短再宽 还是弥补不了MisMatch Loss造成的Noise Figure上升

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发表于 2016-5-2 13:51:15 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
SAW Filter 可以抑制带外噪声,因此原则上须在LNA 输入端,添加SAW Filter,避免带外噪声劣化接收机整体性能.
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发表于 2016-5-2 13:57:44 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
看外部干扰环境,如果把SAW加在LNA输入端也会损耗1DB左右同时会衰减GPS信号;外部如果没什么干扰,直接放在LNA输出端
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发表于 2016-5-2 15:08:32 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训

看外部干扰环境,如果把SAW加在LNA输入端也会损耗GPS信号1DB左右;外部如果没什么干扰,直接放在LNA输出端
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发表于 2016-5-2 15:15:41 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
这点首选要解释一下LNA,GPS LNA一般放大的频率不仅仅只有GPS频段,只是在比如说1.8G频段效率没有那么好而已,但对于1.8G仍有增益。也就是说当1.8G频段发射30dB的功率时,通过天线耦合过来的信号要是足够大,可能导致LNA的饱和。前端滤波器我个人理解就是防止这种情况发生的,需不需要加前端滤波器要计算两个天线在1.8G的隔离度,然后看看发射功率-天线隔离是不是大于LNA的最大输入功率。
不过一般这样搞太麻烦了,我个人建议没有太苛刻的成本压力的话还是把前置滤波带上。
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 楼主| 发表于 2016-5-2 16:19:00 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
谢谢,五楼的详细解答。
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发表于 2016-5-2 17:09:27 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
如果是手机上,建议SAW+LNA+SAW的结构。
手机上TX 很厉害。
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发表于 2016-5-2 18:20:39 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
手机产品的话,考虑到射频发射信号可能会导致LNA饱和,99%的情况都会把在LNA前加一个滤波器,LNA后面那一颗根据接收芯片来确定吧
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发表于 2016-5-2 19:41:44 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
前面吧
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发表于 2016-5-2 20:34:14 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训
非常牛逼的解答
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发表于 2016-5-2 22:02:32 | 显示全部楼层
易迪拓培训微波射频和天线设计培训

lybkill,你好,想你请教下
LNA也存在一定的非线性,也就是说在LNA的输出端也会有一部分带外杂散出来,进而进入接收机,这样的话会对接收机的性能产生影响吗
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