全球定位体系(GPS)是由运行在6个地球轨道上的24颗卫星组成的导航体系,不管身在何处GPS都能够协助用户精确地确认所在的方位。GPS体系开端用在军事上,20世纪80年代开端进入民用范畴。自此以后,GPS作为一种求生和导航东西开端变得流行起来。制作商已将GPS接纳器集成进各种便携式电子产品中,这些产品一般具有比如轿车或无线设备的移动衔接才能。
手机是集成GPS功用的抱负产品。将GPS接纳器集成到手机能够完成同步GPS(S-GPS)运用,此刻的GPS接纳器是与不同频段的无线通讯体系(如PCS和蜂窝网络)一同运用的。顾客期望具有GPS功用的手机能够牢靠地接纳和扩大卫星发射的信号,因为接纳犯错将会导致方位信息的过错。惋惜的是,RF搅扰信号一般会危害GPS信号的质量。
体系内部搅扰
GPS接纳器与其它无线移动通讯发射器集成在同一线路板上使它很简略受体系内部信号搅扰,然后下降了其灵敏度和线性度。当发射器处于发射形式时,部分发射信号会走漏到GPS接纳途径上。接纳器因而将面对很高的总输入功率,并或许导致接纳器的后端电路饱满。这会导致接纳器后端发生非线性信号,并使接纳进程的信号发生过错。为了防止这种现象,需求阻挠带外发射信号进入GPS接纳途径。因而要求GPS接纳途径具有很好的带外发射信号按捺才能。经过对搅扰信号的按捺,能够防止GPS芯片组因为强壮的搅扰功率而呈现过载,并能为接纳信号供给线性扩大。
保证接纳器的灵敏度和线性
规划师一般会在GPS低噪声扩大器(LNA)两头各放一个滤波器。在LNA前面的滤波器有助于按捺带外信号,一起防止LNA进入饱满状态。这个滤波器有必要具有很低的插入损耗。应该防止在LNA之前放一个高插损的滤波器,因为这样会添加体系的噪声系数。依据Friis公式,体系总噪声系数首要取决于榜首级的噪声系数或损耗。LNA后边的滤波器则能够用来进一步改进带外按捺功能,以防止后级电路过载。
但是,图2所示的噪声核算中,即便LNA具有特别杰出的噪声系数(0.8dB),但在其前面放置一个插入损耗低至0.5dB的前置滤波器则可下降级联噪声系数。只有当增益满足高时,级联噪声系数才取决于榜首级电路。榜首级滤波器的负增益能够使级联噪声系数降至1.35dB。因而,该解决计划有三个部件,包含两个滤波器和一个LNA。
简化的S-GPS规划
上述计划可简化为只带一个滤波器的解决计划,即把具有杰出线性度的LNA作为榜首级,把具有杰出带外按捺功能的滤波器作为第二级。本部分将具体介绍适用作GPS接纳器前端的“LNA-滤波器”模块。其集成了低噪声、高线性度的增强型假晶高电子迁移率晶体管(E-pHEMT)LNA和低插损的高带外按捺的薄膜腔声谐振器(FBAR)滤波器。这种组合能够构成兼具极好噪声系数和杰出线性度的前端。
E-pHEMT技能能够用来规划出高度线性的LNA;FBAR技能则用来规划高Q值的小型滤波器,使其具有十分峻峭的滚降或优异的带外按捺功能。集成了FBAR滤波器的LNA模块能够对蜂窝和PCS频段信号供给满足的按捺,并有助于提高并行或并发GPS(S-GPS)作业的接纳器功能。
高线性度的“LNA-滤波器”模块能够处理高输入功率而不会紧缩接纳信号。因而,只需GPS途径与PCS/蜂窝途径之间有满足的阻隔度,LNA模块前面的滤波器就能够省掉。没有前端滤波器,体系的噪声系数就取决于LNA,可低至0.8dB。这种完成办法极大地改进了接纳器的灵敏度。
因为滤波器的带宽较窄,将LNA和滤波器集成还能使模块的输入阻抗看起来更会集(在Smith图上的阻抗分散较小)。与没有后置滤波器的分离式LNA比较,该计划使得天线和输入LNA模块之间的阻抗匹配愈加简略。单芯片解决计划还能保证更牢靠和更共同的接纳器功能。
剖析和评论
图3给出了因为带外搅扰而对GPS信号进行增益紧缩丈量所运用的测验设置。依据图3表格所示的值设置PCS/蜂窝频段信号的功率电平,以表明GPS途径和PCS/蜂窝途径之间的阻隔规模。1.575GHz GPS信号的输入功率电平固定为-35dBm,而PCS/蜂窝功放的输出功率为+24dBm。供给不同的输入功率电平给LNA模块(或GPS天线)输入端可改动阻隔电平。模块输入端搅扰源发生的输入功率部分能够用以下公式核算:
GPS天线输入功率=搅扰信号功率电平-阻隔度
例如,当GPS途径和PCS/蜂窝途径之间的阻隔度为15dB时,GPS天线处搅扰源的输入功率电平经核算为+9dBm。GPS和(PCS/蜂窝)搅扰信号经过功率组合器结合在一同。
在不同阻隔电平常测得的GPS信号增益紧缩值如图4所示。从丈量成果看,为了防止GPS信号遭到搅扰信号功率的紧缩,GPS途径和PCS/蜂窝途径需求有40dB的阻隔度。这意味着只需在GPS和PCS/蜂窝途径之间存在40dB的阻隔度,滤波器-LNA-滤波器解决计划就能够用这种LNA模块代替。
参阅图1和图3,当PCS功放输出+24dBm的功率,GPS和PCS途径之间的阻隔度为40dB时,从搅扰信号走漏到GPS接纳器芯片组的功率电平的核算公式为:
图2:“滤波器-LNA-滤波器”模型GPS接纳器的噪声核算
图3:带外按捺功能的丈量设置
GPS芯片组搅扰功率电平=PCS前端扩大输出功率-GPS和PCS途径之间的阻隔度-LNA模块带内按捺=+24dBm-40dB-(54dBc-13dB)=-57dBm
定论和完成
LNA模块有效地阻挠了PCS信号走漏进GPS芯片组。当GPS途径和PCS途径之间的阻隔度为40dB时,搅扰功率能够低至-57dBm。经过合理的组织和规划,LNA模块解决计划能够代替“滤波器-LNA-滤波器”解决计划,后者噪声系数更高和架构更杂乱,而这种单芯片组解决计划则可供给优秀的体系噪声系数和高线性度,一起还能供给极佳的带外按捺。别的,该LNA模块能在坚持GPS接纳器杰出功能的一起,向规划师供给简略、紧凑和低制作本钱的解决计划。因为网络匹配规划简略,因而规划周期也较短。
为了到达40dB的阻隔度,能够运用双天线解决计划。经过双天线解决计划,GPS信号能够具有一个独立于PCS/蜂窝信号的途径或链,然后到达40dB的阻隔度。图5给出的是双天线规划的方框图。
图4:不同搅扰频带天线阻隔度下的GPS增益紧缩
图5:最新的射频%&&&&&%添加了满足多的逻辑,因而可认为是SoC