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高集成度低噪声放大器用于基站

目前,一个基站的站点通常需要安放多个无线发射器。共享站点的方式,一来可以降低同一区域的基站站点数量,二来可以降低各种服务成本。为满足这两个要求,基站的接收链路需具有如下两个特点:高接收灵敏度和高带内/

现在,一个基站的站点一般需求安放多个无线发射器。同享站点的方法,一来能够下降同一区域的基站站点数量,二来能够下降各种服务本钱。为满意这两个要求,基站的接纳链路需具有如下两个特色:高接纳活络度和高带内/带外杂散的按捺才能。
  
接纳活络度用来表明接纳器的弱信号接纳才能。详细公式如下:
其间BW是指信号带宽,SNR是指特定信号的信噪比,F是指体系的噪声系数。
  
依据Friiss方程,体系的噪声系数能够表述为:
其间Gn是指接纳链路中第n级放大器的增益,Fn是指接纳链路中第n级放大器的噪声系数。从公式中能够看出,接纳链路中的第1级放大器的噪声对 体系噪声的贡 献远远大于其它放大器的噪声对体系噪声的奉献。因而,低噪声放大器(LNA)作为接纳链路的榜首级放大器对减小体系噪声,进步体系的接纳活络度具有很大的 协助。
  
现在的基站一般将LNA放置在接近天线的塔放内。因为削减了塔放和基站地上部分之间的衔接电缆的长度,这种方法将有助于下降 体系的噪声系数,并进步整个体系的接纳活络度。可是,确保收发共用一根天线的双工器和防备带外堵塞的滤波器因为必定坐落比LNA更接近天线的方位,因而它 们的插入损耗也必然会添加体系的噪声系数。这时,就需求通过下降LNA的噪声,来抵消掉双工器和滤波器额定发生的噪声,以确保整个体系的噪声系数。
  
在基站中运用的LNA除了噪声系数这个方针以外,其他的功用方针也是十分要害的。比方高增益,用于补偿塔放和基站地上部分的衔接电缆损耗;高线性度,用于确保在强信号下,体系内部信道之间的搅扰不会引起信号失真等等。
  
以MGA-63X系列为实例
  
微波单芯片高%&&&&&%(MMIC)MGA-63X系列低噪声放大器选用了最好的降噪技能。例如,器材封装选用了2×2×0.75mm的8- pin QFN技能,能够有用削减因为衔接线不连续性形成的功率反射。系列中的每个器材都具有相同的管脚界说和封装,便利客户运用相同的PCB,只需求更改单个器 件,就能够直接掩盖从400MHz到4GHz的频率规模。
  
MGA-63X系列低噪放选用的是具有安华高专利 的0.25微米特征尺度的砷化镓增强型形式,ePHEMT制程。这使得低噪放的方针增益(在0.9GHz大于17dB)在只运用一个晶体管的情况下就能够 到达。整个制程进程也确保内部互联发生的Johnson噪声最小。别的,通过运用高导电的金属材料使得其噪声系数能够和陶瓷封装的器材比较。
  
MGA- 63X系列低噪放的出产技能有助于其抵抗强信号的堵塞。信号堵塞会导致接纳链路的增益下降,噪声添加。一个不同步的搅扰信号,比方同一方位的功率发射器, 或许一个同步的搅扰源,比方环行器或许双工器的走漏信号,都有或许引起堵塞现象。具有较高的增益紧缩门限的器材能够适度的按捺堵塞。增益紧缩是放大器的一 个非线性方针,其坐落放大器的线性区域之外。出产制程的低拐点电压能够答应一个大的电压摇摆在被消峰前存在,然后使得器材具有了高的增益紧缩门限。
  
图:MM%&&&&&%自身由一个单个的FET共源放大器和一个动态偏压调制器组成
动态偏压能够进步低噪放的线性度,源电感Ls有助于统筹杰出的输入回波损耗和较低的噪声系数。
 
因为调整器和低噪放晶体管运用相同的制程被集成在一起,因而Vbias和VGS能够相互效果。这种效果一方面通过校准温度的偏移来协助确保Ids的温度安稳度,另一方面有助于补偿在晶圆作业时的跨导改动。这些技能已悉数运用在MGA-63X系列LNA。
  
偏压调整器能够通过改动外部的电压(Vbias)来调整低噪放的静态电流(Ids)。其驱动电流(Ibais1mA)和大多数的CMOS器材适当。能够直接衔接到体系的操控器引脚,然后操控低噪放的开关状况使其运用在时分形式。
  
可调理的偏压特性使得工程师在运用器材时需求在功耗和线性度上做取舍。在不需求高线性度的运用中,工程师能够通过添加Rbias(正常为 6.8k欧姆)的电 阻来到达省电的意图。或许在增益和输出功率改动不大(ΔG和ΔP1dB≤0.5dB)的情况下,通过改动Idd的电流(25~75mA),使得低噪放的 OIP3发生大约10dB的改动。这使得具有微操控器操控Vbias的低噪放对频谱拥堵的自适应才能大大增强。
  

无论是晶体管的规划 仍是偏压调整器的作业,都在尽量防止运用额定的匹配网络。首要是忧虑会带来插入损耗和噪声系数的添加。晶体管的几许结构和它的规范电流现已能够确保其输入 阻抗在50欧姆邻近。内部集成的动态偏压调整器通过外加电阻的方法也能够确保其不影响低噪放的输入阻抗。这些办法都是用来确保低噪放不需求外加的输入匹 配,协助取得最小的噪声系数。

评价板的功用
  
为评价MGA-63X系列低噪放的特性,安华高制作了MGA-633P8的demo板,并在最少外围器材的情况下,测验了其900MHz的特性。外围器材的值是通过简略的仿真取得,没有进行最优化仿真规划。更多的EVB的仿真信息请参阅安华高的运用文档AN-5457。
图:MGA-633P8的DEMO板原理图
  
在上图中,输入电感L1仅具有射频信号按捺器的功用,低噪放的输入损耗对输入谐振器的空载Q值并不是特别活络。仿真显现,输入谐振器空载Q值在 20到100 的规模内改动,噪声系数的改动量小于0.05。这表明,无论是运用0402的多层贴片电感仍是运用空心的绕线电感,对低噪放的都影响很小。对输入谐振器的 低要求首要用来确保低噪放规划的低本钱和小尺度。
  
图:EVB的制作图
  
图中PCB的尺度为21.5×18×1.4mm,PCB板材有两层,顶层为Rogers的RO4350,厚度为10mil,底层为低本钱的 FR4,厚度为 1.2mm,二者的接地铜箔紧紧的结合在一起。射频衔接器是Johnson的SMA接头,DC电源接头是2-pin的衔接器,被迫元件的尺度都是0402 的,这样整个元器材区域的巨细约为8×10mm2。
  
图:EVB的测验成果
   
在900MHz,低噪放的噪声大约为0.3dB,增益大约为18dB,输入和输出回波损耗为小于-15dB。别的,在1GHz的带宽内,回波损 耗都能够满意 这个要求。从体系的视点来说,这个是十分受欢迎的特性。首要是因为传统的基站需求靠隔离器或许3dB耦合器来满意体系回波损耗的要求。进一步来说,输入输 出匹配的宽带宽也使得基站的双工器或许输入输出滤波器的运用调试变得简略,下降了体系的规划复杂度。
  
尽管MGA-63X系列低噪放的首要方针商场是窄带的蜂窝基站,可是从其EVB上展示的RF特性(在400MHz~1400MHz规模内,噪声小于0.4dB,回波损耗小于-10dB)来看,它也可用于有线/卫星电视散布体系、军品、扫描仪、多功用收音机等各种产品。
  
从EVB的测验成果能够得出结论:MGA-63X系列低噪放给基站的规划师供给了许多即有用又价值高的功用。除了有高线性度、低噪声系数这样蜂 窝通讯必需的特性外,MGA-63X系列低噪放还供给了:高增益的特性,以确保信号链路在通过双工器和滤波器的损耗后,还有满足的增益余量;动态偏压控 制,以调理信号链路的功耗和线性度;内部50欧姆阻抗匹配,以削减外部网络匹配器材。

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