移動(dòng)通信技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展和相互結(jié)合的產(chǎn)物。隨著數(shù)字化信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代通信技術(shù)正以前所未有的高速度發(fā)展，移動(dòng)通信也正沿著多址通信的方向發(fā)展。CDMA(碼分多址)與FDMA(頻分多址)和TDMA(時(shí)分多址)相比，具有系統(tǒng)容量大而且配置靈活、頻譜利用率高、軟切換、保密性能好的優(yōu)點(diǎn)。基于這些優(yōu)點(diǎn)CDMA技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。
CDMA低噪聲放大器作為CDMA接收機(jī)的第一級(jí)，直接決定了整機(jī)的噪聲系數(shù)，從而很大程度上決定了接收機(jī)靈敏度。因此噪聲系數(shù)小、增益高、帶內(nèi)平坦、高線性的CDMA低噪聲放大器成為CDMA收發(fā)信機(jī)的一個(gè)重要組成部分。
CDMA低噪聲放大器的研究與設(shè)計(jì)
CDMA低噪聲放大器電路的基本原理
該低噪聲放大器功能框圖如圖1所示。為滿足50dB的高增益，該低噪聲放大器采用四級(jí)放大AMP1、AMP2、AMP3和AMP4；為了得到很好的輸入輸出駐波比，在輸入端使用了隔離器ISOLATOR1，在輸出端使用了隔離器ISOLATOR2。為了抑制帶外的各種雜散信號(hào)，使用了工作于該頻段的抑制度較高的聲表面濾波器SAWFILTER；為了實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)節(jié)使用了數(shù)控衰減器ATT1；為了實(shí)現(xiàn)輸出功率自動(dòng)控制，使用了壓控衰減器ATT2。
圖1 CDMA低噪聲放大器框圖
該電路可劃分為三個(gè)小單元:電源處理電路、監(jiān)控處理電路、射頻(RF)鏈路。電源處理電路采用開(kāi)關(guān)電源LM7805，將外部提供的9V電壓轉(zhuǎn)換為各個(gè)芯片工作所需要的5V電壓。LM7805具有轉(zhuǎn)換效率高，可允許輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)；監(jiān)控處理電路實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的RS485通信接口、輸出信號(hào)功率檢測(cè)、模塊增益調(diào)節(jié)和自動(dòng)電平控制(ALC)。
RF鏈路工作原理如圖1所示。首先，輸入隔離器ISOLATOR1實(shí)現(xiàn)良好的輸入駐波比性能，輸入信號(hào)然后經(jīng)過(guò)AMP1、AMP2兩級(jí)放大，接著經(jīng)過(guò)聲表面濾波器SAW對(duì)帶外信號(hào)進(jìn)行抑制，再經(jīng)過(guò)AMP3第三級(jí)放大后，經(jīng)過(guò)實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)節(jié)的數(shù)控衰減器ATT1，經(jīng)過(guò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電平控制壓控衰減器ATT2，再經(jīng)過(guò)AMP4第四級(jí)放大，在AMP4后分一小部分能量給檢波器實(shí)現(xiàn)輸出功率檢測(cè)，主信號(hào)最后通過(guò)輸出隔離器ISOLATOR2輸出。
CDMA低噪聲放大器設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題及解決措施
低噪聲、高增益的第一級(jí)和第二級(jí)放大器的設(shè)計(jì)
根據(jù)噪聲系數(shù)的級(jí)連公式NFtot(m)=NF1+(N F2-1)/A v1+…+(N Fm-1)/Av1…A v(m-1) (其中NFtot (m)為m級(jí)總的噪聲系數(shù)、NFm為第m級(jí)的噪聲系數(shù)、Avm為第m級(jí)的增益。)，整個(gè)放大器的噪聲系數(shù)主要由第一級(jí)和第二級(jí)所決定。具有低噪聲和高增益的第一級(jí)和第二級(jí)放大器的設(shè)計(jì)是整個(gè)低噪聲放大器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。使用Agilent的Advanced Design System(ADS)對(duì)AMP1和AMP2進(jìn)行噪聲和增益的S參數(shù)仿真，得到的結(jié)果如圖2和圖3所示。
圖2 AMPI的噪聲和增益仿真結(jié)果
圖3 AMP2的噪聲與增益仿真結(jié)果
通過(guò)聲表面濾波器提高帶外抑制性能和加入
聲表面濾波器后帶內(nèi)波動(dòng)的調(diào)節(jié)聲表面濾波器具有體積小、過(guò)濾帶較陡、選擇性好的特點(diǎn)。加入聲表面濾波器提高了低噪聲放大器帶外抑制性能，改善了頻率選擇性。同時(shí)由于聲表面濾波器本身帶內(nèi)波動(dòng)和帶外抑制是一對(duì)相矛盾的指標(biāo)，所以加入聲表面濾波器后該低噪聲放大器的帶內(nèi)波動(dòng)指標(biāo)通常變得較差。所以必須在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上單獨(dú)測(cè)得聲表面濾波器的S11和S22，加入輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，來(lái)改善帶內(nèi)波動(dòng)。
線性度及其他問(wèn)題考慮
為了保證該低噪聲放大器具有較小的非線性失真，要選用高OIP3的器件，尤其是最后一級(jí)放大器AMP4。
在低噪聲放大器設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮監(jiān)控，通過(guò)通信接口實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)、自動(dòng)電平控制和輸出功率檢測(cè)等。電磁屏蔽也是一個(gè)不可忽略的問(wèn)題，采用鋁制屏蔽盒隔離空間電磁場(chǎng)的干擾、防止射頻信號(hào)泄露，同時(shí)將射頻電路、供電電路、監(jiān)控電路用隔條隔開(kāi)，防止它們相互之間的干擾。最終設(shè)計(jì)出的低噪聲放大器具有低噪聲、高增益、高線性、帶內(nèi)平坦度好等性能。
測(cè)試與結(jié)果
通過(guò)對(duì)電路的連接調(diào)試，使用數(shù)字信號(hào)源、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和噪聲系數(shù)分析儀測(cè)得的該低噪聲放大器的各項(xiàng)指標(biāo)如表1。表1中帶內(nèi)波動(dòng)和三階互調(diào)的頻譜儀截圖如圖4和圖5所示。
表1 低噪聲放大差的性能
圖4 低噪聲放大器的帶內(nèi)波動(dòng)測(cè)試結(jié)果
圖5 低噪聲放大器的三階互調(diào)測(cè)試結(jié)果
結(jié)束語(yǔ)
CDMA(碼分多址)蜂窩移動(dòng)通信是近年來(lái)世界上迅速發(fā)展的用于數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信的一種先進(jìn)擴(kuò)頻通信技術(shù)，具有輻射小、通話質(zhì)量好、保密性高等優(yōu)點(diǎn)。幾乎全球各大電信設(shè)備制造公司都提供CDMA系統(tǒng)設(shè)備，而CDMA低噪聲放大器是CDMA收發(fā)信機(jī)中極其重要的部件。