本技术笔记重点介绍如何确定CDMA接收器的系统规格,以便为低噪声放大器和下变频器建立实用规格。第二部分详细介绍了MAX2323/25/29的性能和特性。最后一部分详细介绍了如何设计接收器前端,包括设计RF和IF SAW滤波器的匹配电路,以优化接收器的性能。本笔记还显示了实用的电路和测量数据。
介绍
开发第二代或第三代CDMA蜂窝电话或无线调制解调器的RF设计人员在选择具有最佳性能的前端芯片组以满足其系统规格时经常会遇到挑战。Maxim Integrated 提供一些最佳选择:MAX2323/2325/2329。这些是针对蜂窝和PCS频段的CDMA应用优化的LNA/混频器IC。MAX2323为蜂窝CDMA和PCS CDMA提供开关信号路径,满足双频、三模CDMA应用的需求。MAX2325和MAX2329分别为蜂窝频带双模和PCS频带版本。
本技术笔记重点介绍如何确定CDMA接收器的系统规格,以便为低噪声放大器和下变频器建立实用规格。第二部分详细介绍了MAX2323/25/29的性能和特性。最后一部分详细介绍了如何设计接收器前端,包括设计RF和IF SAW滤波器的匹配电路,以优化接收器的性能。本笔记还显示了实用的电路和测量数据。
射频 CDMA 接收器系统要求和问题
基于高通公司开发的IS-95标准和协议的无线码分多址(CDMA)网络正在全球部署。今天的第二代和第三代CDMA电话标准因国家或地区而异。即将到来的第三代(3G)无线通信的第一个标准化阶段即将结束。可以肯定的是,CDMA蜂窝电话将成为未来几年市场上的主要手机之一。
这些CDMA移动站或电话必须与其他多制式移动电话共存的恶劣无线环境给无线电带来了苛刻的系统条件。这些条件需要高性能RF前端和DSP后端。
CDMA接收器灵敏度和动态范围
在开始指定LNA和混频器的噪声系数和第三互调特性之前,我们应该了解窄带CDMA和宽带CDMA接收机系统规格。在IS-98A/95B和临时标准中,CDMA蜂窝移动站的RF接收器灵敏度在移动站天线连接器上定义。它等于接收的最小正向CDMA信道功率,
此时接收器的帧误差不超过0.5%。接收正向通道所需的最小灵敏度等于-104dBm。最大输入功率为 -25dBm。
在接收器的情况下,有两个干扰源是纯白高斯噪声:
接收器的输入参考热噪声功率谱密度No.
发射器在接收频段的热噪声功率谱密度,N德克萨斯州(见参考文献1,2)。
No由接收器的噪声系数 (NF) 和 N 决定德克萨斯州由发射器的输出热噪声通过双工器泄漏到移动站接收器的输入量决定。典型的功率放大器在接收器频段内的输出热噪声功率谱密度为-135dB/Hz。 假设双工器从发射器到接收器频段中的天线输入的衰减至少为43dB,N德克萨斯州可以在移动站天线连接器处计算为 -178dBm/Hz。如果考虑这种效应,则需要2dB的裕量来增加有效比率Eb/Nt,因为
= 6.5分贝 (1)
应该注意的是,IS-98A标准规定,假设信息速率为4时,如果帧错误率(FER)满足5.0%,则最小流量通道
应等于或大于5.9600dB。这要求将流量通道的最小灵敏度从-104dBm更改为P(实际)= -106dBm。然后,最小接收器噪声系数NF可以推导出为:
NF = P (actual) - 10log (K×To×BW) = -106dBm + 113dBm = 7.8dB (2)
其中,K 是玻尔兹曼常数,To是标准噪声温度,带宽为窄带CDMA的1.23MHz信道带宽。此 NF 要求适用于整个接收器。减去双工电路中0.5dB和双工电路中3.5dB的损耗,接收器其余部分的NF要求为3.8dB。从接收器的系统仿真来看,蜂窝频段LNA的NF应小于2dB,PCS频段的NF应小于2.3dB。
前端增益必须足够高,以克服以下电路的噪声贡献,否则可能会降低接收器的灵敏度。该增益受到强带外无用信号和后续电路线性度的限制。如果前端增益过高,混频器将过载并影响性能。具有14dB至16dB增益阶跃的LNA是两个频段的合适选择。
CDMA系统中的信息数据是双相调制的。由此产生的调制信号包络不是恒定的,窄带CDMA的典型峰均比可能接近10dB。WCDMA的峰均比可能接近12dB。因此,为了正确检测和解调接收信号,移动站接收器应在允许的接收信号输入功率范围内保持线性。通常,接收器需要90dB的动态范围。从线性度的角度来看,混频器输入1dB压缩点是CDMA接收器设计中用于高电平(-30dBm至-20dBm)接收信号的主要系统限幅器。为了解决这个问题并设计出实用的混频器,前端LNA需要将动态范围扩展15dB。这是通过低增益模式实现的,增益降低15dB至20dB。
LNA和混频器的输入三阶交调截点(IIP3)
相邻通道选择性是接收器检测所需调制信号的能力的度量,而不会因相邻通道中存在不需要的信号而超过给定的衰减。接收器必须保持标准给出的帧误差。
互调响应衰减是衡量接收器在存在两个干扰连续波(CW)音的情况下在其指定信道频率上接收蜂窝频段CDMA信号的能力的指标。这些音调与指定的信道频率以及彼此分离,使得由于LNA和混频器的非线性,两个音调的三阶互调产物产生对所需信号的带内干扰信号。IS-98A标准要求三种不同的双音电平和所需信号电平,在这种情况下,FER不应超过1%,
应为4.3dB。假设出于流量信道系统的考虑,增加了1.5dB裕量,然后
要求在5.8dB以上。在小双音电平情况下,等效白噪声干扰源I超频由接收器的热噪声 N 组成o以及发射器在接收频段 N 中的热噪声t,以及由于三阶互调产物I而产生的等效带内干扰分量IM3.在 1.233MHz 带宽中,I超频不应超过 -101.3dB。我IM3可以用线性形式表示为:
IIM3 = IOC -(No + Nt) × BWRF (3)
其中 No由 -166.2dBm/Hz 和 N 设定t设置为 -178dBm/Hz。根据等式(5),IIM3应小于 -103.7dBm/1.23MHz。因此,使用公式(3)在小双音电平的情况下,IP12应大于-7.4dBm。
IIP3 = Pin + ΔIM3 / 2 (4)
其中引脚设置为-43dBm(IS-98A)表示两个音调和ΔIM3由 60.7dBm (-103.7dBm+43dBm) 设置。在大双音情况下,所需的CDMA信号电平比最小接收器灵敏度电平高25dB。等效带内白噪声干扰源完全由三阶交调积I主导IM3当两个音调的功率电平为 IS-21A 标准要求的 -98dBm 时。这意味着我IM3等于 I超频并且不应超过 -79.3dBm/1.23MHz。同样,=1.5 dB时
增加了5.8dB裕量。三阶互调杂散响应衰减ΔIM3≥58.3分贝。这种情况要求LNA的IIP3应超过+8.5dBm,对于大双音情况。按照IS-98A标准要求,有三个双音测试用例,两个音的中间功率电平为-30dBm。这意味着蜂窝频段的LNA需要可变增益控制或三种线性模式来处理三阶互调问题。
单音脱敏
接收器的脱敏特性决定了其在强干扰下成功运行的能力。它们分别针对带内和带外条件指定。在蜂窝频段和PCS频段中,单音脱敏是接收器在其指定信道上接收CDMA信号的能力的度量,在存在具有-30dBm功率的单音并且间隔在给定的900KHz频率偏移距离蜂窝频段所需信号频率中心和}1250KHz频率偏移从PCS频段期望信号频率中心。根据IS-98A和IS-98B标准的定义,接收器误码率不应超过1%,
= -101dBm/1.23MHz,
并且应为4.3dB。如前所述,假设出于流量通道系统的考虑,增加了1.5dB的裕量,然后
要求达到5.8dB以上。移动站天线上的等效白噪声干扰定义为
Ioc = Is + (No + Nt) × BWRF (5)
其中 Is 是由于单音干扰而产生的等效带内干扰分量。如果接收器(NF)的噪声系数选择为7.8dB,则No设置为-166.2dBm/1.23MHz,Nt等于-178dBm/1.23MHz。根据公式(7),Is应小于-103.7dBm/1.23MHz。单音产生两个干扰分量。第一个由单音干扰引起的是由倒易混频现象引起的,用IMIX表示。当前向接收信号受到接收器RF VCO相位噪声Φ的干扰时,就会发生这种情况N与单个干扰音混合并混合到IF。由单个干扰音引起的第二个干扰分量是由交叉调制现象引起的,用I 表示国防部.当发射功率的包络调制通过双工器的隔离从功率放大器泄漏到LNA输入时,就会发生这种情况。LNA中的交叉调制将对LNA输出³处接收到的正激CDMA信道信号产生带内干扰。参考文章 #3 提供的典型值为混合= -105.6dBm/1.23MHz,基于蜂窝频段和积分相位噪声ΔΦ在137KHz偏移时-900dBc/Hz的典型相位噪声N= -75.6分贝。我s应低于 -108.2dBm/1.23MHz。对于蜂窝CDMA接收器,可以假设所有交叉调制都发生在LNA中。这要求LNA的IIP3满足:
IIP3LNA = 1/2 (2 × PTX + PST_LNA - IMOD_LNA - 3) (6)
其中PTX是LNA输入端的发射漏电功率电平,PST_LNA是LNA输入端的干扰音功率电平,IMOD_LNA是交叉调制功率。假设功率放大器输出功率为+28dBm,RX至TX双工器隔离度为-58dB,得到PTX = -30dBm。由于双工器的3dB损耗,单音PST_LNA的功率为-33dBm。IMOD_LNA不应超过-111.2dBm/1.23MHz,以使接收器在相关器输出
≥5.8dB时满足所需的性能。根据公式(6),基于上述假设,LNA输入的三阶交调点应大于+7.6dBm。
LNA和混频器的二阶截点
低偶数阶失真,尤其是二阶失真,对于接收器在存在具有时变包络的强信号时的性能至关重要。当二阶非线性暴露于这种信号时,在基带处产生与平方包络成比例的杂散基带信号,这会干扰目标信号的接收。存在两组这样的干扰信号:接收频带(正向通道)中不需要的通道和发射器泄漏信号。这些干扰信号的频谱形状与所需信号相同,但二阶积的频谱内容具有直流分量和比所需基带信号宽得多的频率跨度。通常,直流分量占功率的一半,而另一半功率高于所需信号带宽。在CDMA系统中,特别是在PCS频段,接收器的RF带宽为60MHz,由于混频器的二阶积,频率为fRF 1/2±fIF的单个干扰音将被下变频为IF。在这种情况下,等效白噪声干扰源Ioc由No、Nt和由于_IF杂散混频器积(Ist)引起的等效带内干扰分量组成。如果增加 1dB 裕量,
则等于 5.3dB。我们可以推断出 Ist ≤ -102.9dBm/1.23MHz。这里的 Ist 是对应于接收器输入的等效干扰级别,由于单个干扰音。
允许从天线连接器到混频器输入端的6dB损耗和14.7db的PCS LNA增益导致单个干扰音(Pj) 具有 -24dBm 功率输入到混频器和 I圣为混频器提供 -94.2dBm/1.23MHz 电源输入。因此,Δ1/2中频= 需要70dBc杂散产物抑制。抑制二阶拦截 IIP1 的 2/2 IF 杂散的要求搅拌机是 ³。
IIP2MIXER ≥ Pj + Δ1/2IF = -24dBm + 70dBm = + 46dBm (7)
由于发射器信号始终存在,因此应充分抑制二阶积(例如,噪声水平低于10dB)。如上述讨论,P德克萨斯州= -30dBm,从天线连接器到混频器输入的级联增益对于目标信号为8.7dB,对于TX泄漏信号为-5损耗。给定可接受的输入电平P(实际)= -106dBm,粗略估计IIP2搅拌机可以确定。
IIP2MIXER ≥ 2 (PTX -5) - [P (actual) + 8.7 -10] = 2 (-30-5) dBm - (-106 + 8.7 - 10) dBm = + 35.3dBm (8)
具有高性能和低成本的低噪声放大器和下变频器
低噪声放大器和混频器是移动站中接收器的基本组成部分之一。在实际情况下,所需的接收信号的功率可能非常低,必须放大。当今具有高数据速率和大带宽要求的数字通信系统需要动态范围不断增加的LNA和下变频器设计。RFIC设计人员和半导体器件技术人员面临的挑战是,必须通过不断减小尺寸、功率水平和制造成本来满足这些条件。LNA 的主要设计目标是:
实现高增益和低噪声。
实现高 IIP3 和低功耗。
对于下变频器,主要设计目标是实现适当的增益和低噪声系数,以及高IIP2、IIP3和低电源电流和电压。Maxim Integrated是RF芯片和产品设计领域的技术领导者。MAX2323/2325/2329为LNA和下变频RFIC,具有高性能、低功耗和低成本的特点,广泛应用于双频、三模移动站。
图1是MAX2323芯片的框图。为了在最小电流下优化蜂窝频段动态范围,MAX2323/25实现了四种LNA状态:高增益/高线性度;高增益/低线性度;中等增益和低增益。在高增益/高线性度模式下,可调高交调距LNA可在存在大干扰信号时最大限度地减少脱敏。对于其他增益状态,LNA电流减小以改善待机时间。
图1.MAX2323框图
CDMA 混频器设计用于高线性度、低噪声和差分 IF 输出,而 FM 混频器设计用于低电流和单端输出。每个频段都使用单独的混音器实现,以优化特定频段的性能。
硅IC的性能改进主要是通过减少几何形状和相应的低能耗植入工艺来实现的。Maxim采用SiGe(梯度基)技术,将锗掺入晶体管的基极区域,为器件设计人员改善频率响应、增益和线性度开辟了新的途径,而不受植入工艺的标准限制。截止频率fT,MAX2323中晶体管的关键品质因数是高达35 GHz。MAX2323/2325/2329的设计人员采用了许多新的方法来优化IC的性能。
直流电气特性
(VCC = 2.7 至 3.6V,RBIAS = 20kΩ,RLNA = 24kΩ,TA = -40 至 + 85°C,除非另有说明,否则典型值为 2.75V 和 25°C。所有直流参数均在室温和高温下 100% 经过生产测试。
参数 | 条件 | 最低 | 典型值 | .MAX | 单位 |
PCS CDMA 模式(MAX2323) | |||||
工作电源电流 | 中增益模式 | 20 | 22 | 马 | |
工作电源电流 |
高增益低线性度 空闲模式 |
21 | 24 | 马 | |
工作电源电流 | 高增益高线性度模式 | 25 | 28 | 马 | |
细胞的 CDMA模式(MAX2323和MAX2325) | |||||
工作电源电流 | 低增益模式 | 17.5 | 20 | 马 | |
工作电源电流 | 中增益模式 | 19 | 21.5 | 马 | |
工作电源电流 |
高增益低线性度 空闲模式 |
19 | 21.5 | 马 | |
工作电源电流 | 高增益高线性度模式 | 26 | 29 | 马 | |
调频模式 (MAX2323和MAX2325) | |||||
工作电源电流 | 低增益模式 | 14.5 | 17.5 | 马 | |
工作电源电流 | 中增益模式 | 16 | 19 | 马 | |
工作电源电流 | 高增益低线性度模式 | 16 | 19 | 马 | |
关闭 模式 | |||||
关断电源电流 | 睡眠 = 高 | 1.8 | 35 | 微安 | |
所有模式 | |||||
数字输入逻辑高电平 | 睡眠输入除外 | 2.0 | V | ||
睡眠输入逻辑高电平 |
V抄送 -0.6 |
V | |||
数字输入逻辑低电平 | 0.6 | V | |||
数字输入电流 | 6.5 | 微安 | |||
数字输入电流 | -35 | 微安 |
交流电气特性
(MAX2323/2325评估板,F普尔纳因= 1960兆赫,F克林= 881兆赫,F如果= 110MHz, 高边 LO, 50Ω 系统, R偏见= 20kΩ, R液化天然气= 24kΩ, V抄送= 2.75V, T一个= 25°C,LO 输入功率 = -7dBm,低电平 = 0V,高电平 = V抄送,除非另有说明。交流性能按三个批次测量,最小/最大限值设置为 +/- 3。增益仅在室温和高温下进行了生产测试,仅针对功能进行了测试。
参数 | 条件 | 最低 | 典型值 | .MAX | 单位 |
整体 性能 | |||||
低频段射频频率范围 | 注1 | 850 | 950 | 兆赫 | |
高频段射频频率范围 | (MAX2323),注1 | 1800 | 2200 | 兆赫 | |
低频段LO频率范围 | 注1 | 800 | 1150 | 兆赫 | |
高频段LO频率范围 | (MAX2323),注1 | 1600 | 2300 | 兆赫 | |
中频频率范围 | 注1 | 40 | 400 | 兆赫 | |
LO 输入电平 | 100Ω输入阻抗 | -7 | -5 | 0 | 分贝 |
CLNAIN的LO排放 |
级间滤波器抑制 = 20dB, LOLIN = -5dBm |
-55 | 分贝 | ||
PLNAIN的LO排放 |
级间滤波器抑制 = 20dB, LOHIN = -5dBm |
-55 | 分贝 | ||
LNA PERFORMANCE | |||||
CDMA 高增益高线性度模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | 14.5 | 15.5 | 17 | 分贝 |
噪声系数 | 1.7 | 1.9 | 分贝 | ||
IIP3 | 9 | 10.5 | 分贝 | ||
CDMA 高增益低线性度寻呼模式和FM高增益模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | 13 | 14.5 | 16 | 分贝 |
液化天然气放大器噪声系数 | 1.7 | 1.9 | 分贝 | ||
LNA IIP3 | 注4 | 3.5 | 5 | 分贝 | |
CDMA 和 FM 中增益模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | 4.5 | 6 | 8 | 分贝 |
噪声系数 | 3.3 | 3.5 | 分贝 | ||
IIP3 | 注4 | 8.5 | 10 | 分贝 | |
CDMA 和 FM 低增益模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | -4.5 | -3.5 | -1.5 | 分贝 |
噪声系数 | 7.3 | 8 | 分贝 | ||
IIP3 | 注4 | 13 | 17.5 | 分贝 | |
单件液化钠 性能(MAX2323) | |||||
CDMA 高增益高线性度模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | 13.5 | 14.5 | 15.5 | 分贝 |
噪声系数 | 2.0 | 2.2 | 分贝 | ||
IIP3 | 7 | 8 | 分贝 | ||
CDMA 高增益低线性度分页模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | 12.5 | 13.9 | 14.5 | 分贝 |
液化天然气放大器噪声系数 | 注2 | 2.0 | 2.1 | 分贝 | |
LNA IIP3 | 注4 | 4.5 | 5.5 | 分贝 | |
CDMA 中增益模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | -2.0 | -1.0 | -5 | 分贝 |
噪声系数 | 注2 | 5.6 | 6.0 | 分贝 | |
IIP3 | 注4 | 12 | 13.5 | 分贝 | |
搅拌机性能 | |||||
细胞的 混频器性能(MAX2323和MAX2325) | |||||
CDMA, 所有模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | 11.5 | 12.8 | 14.5 | 分贝 |
噪声系数 | 7.7 | 8.5 | 分贝 | ||
IIP3 | 注4 | 3.5 | 4.8 | 分贝 | |
调频 模式 | |||||
混频器增益 | TA = TMIN 到TMAX | 8.5 | 10 | 11.5 | 分贝 |
混频器噪声系数 | 10.5 | 11.5 | 分贝 | ||
混合器 IIP3 | 注4 | 2.5 | 5 | 分贝 | |
PCS搅拌机 性能(MAX2323) | |||||
CDMA 高增益高线性度模式 | |||||
获得 | TA = TMIN 到TMAX | 12 | 13.5 | 15.5 | 分贝 |
噪声系数 | 7.9 | 8.5 | 分贝 | ||
IIP3 | 注4 | 2.5 | 3.9 | 分贝 | |
半中频杂散响应 | 注5,2x2截点 | 47 | 分贝 |
笔记
注1.在此频率范围内工作需要重新匹配端口以达到所需的工作范围。各种频率下的性能由 S 参数数据表示。
注2.噪声系数由输入阻抗匹配电路中的Q = 40电感测量。
注3.规格基于 RBIAS = 20kΩ。所有LNA(HGHL除外)和混频器的ICC与RBIAS成反比。IIP3 可以通过为 RBIA 选择其他值来交易 ICC。这种关系是IIP3中大约3dB的变化,电流变化的系数为1.4。
注4.FLO = 2040MHz,FRF = 1985MHz,-35dBm,POUT测量频率为110MHz。规格计算公式为:_IF IIP = 2*PRF - (POUT - 增益)(单位为dB)。
从上表中可以看出,LNA具有三种增益模式,可处理不同的RF输入功率电平和干扰信号。通常,蜂窝频段LNA具有1.7dB噪声系数和15.5dB增益,在低增益模式下具有+17.5dBm IIP3。在PCS频段,LNA具有2.0dB噪声系数和14.5dB增益,中间增益模式下具有+13.5dBm IIP3。两个频段的混频器增益均为12.5至13.5dB,满足最低系统规格。测试数据表明,混频器的1/2IF IIP在PCS频段优于+47dBm,满足抑制1/2IF干扰的基本系统要求。
前端接收器,采用MAX2323
对于RF设计工程师来说,以低成本设计最佳电路并在有限的空间内布局基于市场上给定的前端芯片组的双频三模蜂窝电话的印刷电路板是一个巨大的挑战。设计RF接收器的基本步骤可以总结如下。
射频系统和架构设计以及系统的性能分析和仿真
在为接收机开发前端原理图时,最重要的事情之一是了解如何根据给定的系统标准和产品要求定义RF系统规格。需要仔细生成具有最佳频率规划和框图的收发器架构,以便为每个模块、IC和模块设置规格。目标是降低成本,提高接收器灵敏度并降低呼叫掉线率。在此阶段,有必要使用电子表格建立链路预算,以确定噪声系数、增益、IIP2和IIP3。一个好的方法是使用强大的射频/微波CAD工具(如HP ADS)进行仿真和分析,以优化每个模块的性能。基于系统性能仿真,发现MAX2323是目前市场上最好的芯片之一,它满足两个频段的所有系统规格。由于其低成本,高性能和高稳定性,它已被许多手机设计人员广泛使用。需要指出的是,基于低端和高端蜂窝电话产品的不同要求,射频系统设计中存在很多权衡取舍。
选择蜂窝频段和PCS频段的IF频率
为接收机选择最佳中频是RF接收机设计人员面临的一个重要问题。一般而言,如果下变频器无法抑制远低于所需IF信号电平的杂散响应,则应避免半IF问题。通常,PCS频段的中频应高于120MHz,由于50/1 IF偏移问题,蜂窝频段的中频应高于2MHz。蜂窝频段接收器通常使用85.38MHz中频SAW滤波器,PCS频段选择210.38MHz中频SAW滤波器。这些中频方法并不是蜂窝电话接收器的独特方法。由于高性能中频SAW滤波器目前无法被CDMA移动站中的任何其他可用滤波器所取代,因此我们无法节省此类组件,但如果正确选择具有LNA和适当IF的适当下变频器,我们可以减少SAW滤波器的数量。
理论上,发射器不需要成本相对较高的中频SAW滤波器来抑制杂散信号和本底噪声。因此,当设计双频接收器并且成本是重中之重时,可以在传输中使用两个不同的IF和接收中频。MAX2323不存在半中频问题,因此可以使用任何可用的中频SAW滤波器,如85.38MHz或180MHz声表面波滤波器(适用于当前的移动站),没有任何技术限制。如果设计人员喜欢对不同的频段使用两个IF(预计增加1个IF SAW滤波器会增加2%至1%),建议在MAX2323混频器的差分输出端使用频段开关。MAX2323的典型应用原理图如图2所示。需要指出的是,图2中所有端口的输入和输出阻抗均调谐为50Ω,用于测试目的,其中IF为85.38MHz。
图2.MAX2323的应用电路
优化LNA和下变频器的匹配网络
RF镜像SAW滤波器和IF SAW滤波器的匹配电路在蜂窝电话设计中起着至关重要的作用。特别是,蜂窝和PCS接收器中的IF SAW滤波器需要抑制带外干扰,同时将带内信号的幅度和相位失真降至最低。在设计LNA和下变频器的匹配网络时,需要LNA、混频器、RF镜像滤波器和IF SAW滤波器的完整S参数。有许多教科书和文章讨论了如何设计匹配网络。根本问题是如何权衡最大LNA增益和混频器增益、LNA的噪声系数和混频器的IIP3。由于电感之间存在寄生效应和互感,并且SAW封装对布局细节很敏感,因此无法准确预测或建模性能。此外,很难实现SAW阻抗的精确测量。因此,精确的阻抗模型对于确定对性能负面影响最小的匹配拓扑至关重要。这需要为每个特定的设计项目和匹配网络提供一个实用的模型。
LNA的主要设计目标是实现高增益和低噪声。LNA增益阻抗匹配的优化几乎总是保证噪声因数的非最佳值。设计人员必须用等效的实际元件替换偏置电路中的理想源和匹配电路中的理想值,这些元件在目标频率范围内有效。MAX2323需要两个电阻(连接到引脚1和引脚2)进行偏置设置,这也会改变输入LNA的线性度。对于标称偏置,引脚24连接1KΩ电阻,引脚20连接21KΩ电阻。LNA的匹配网络由电感器和电容器组成。在设计中使用廉价(有损)元件时,必须考虑电感和电容的有限Q值。建立匹配网络后,设计人员在权衡增益和回波损耗时仍需对匹配网络进行一些修改。LNA的典型回波损耗要求S11和S22应小于-10dB。
MAX2323具有两路IF输出。一个是CDMA模式的差分输出端口。需要两个上拉电感器和两个阻断电容,用作IF匹配网络的一部分。该端口的输出阻抗为2.4KΩ。另一个输出是单端IF输出端口。它需要一个上拉电感器和一个隔直电容,用作匹配网络的一部分。一般情况下,两种模式下中频SAW滤波器的输入阻抗与MAX2323中频输出端口不匹配。应在下变频器和中频SAW滤波器之间插入阻抗传输网络。在图2中,有一个等效输入/输出阻抗为400Ω的汤姆逊中频CDMA声表面波滤波器和一个具有1KΩ输入/输出阻抗的MuRata FM IF声表面表面表面saw 滤波器。中频匹配网络的仿真可以通过HP-ADS工具完成,其中所选SAW滤波器的S参数需要插入电路中。需要注意的是,从下变频器到IF SAW滤波器输出获得高转换增益并不会导致混频器获得高IIP3。为了在MAX3中获得最佳的IIP2323和下变频器的转换增益,绝对需要仔细调整匹配网络中每个电容、电阻和电感的值。
下表给出了从蜂窝电话的真实PCB获得的测试数据。测量结果表明,在高增益CDMA模式下,中频SAW滤波器从LNA输入到输出的级联噪声系数为2.51dB,在中频SAW滤波器的15dB插入损耗下,级联增益为3.10dB。
MAX2323蜂窝局域网在印刷电路板上的性能
MODE | HGHL | HGLL | MIDDLE GAIN | LOW GAIN | |
电流 @ +3.0V | 25.5 | 18.7 | 18.7 | 17.1 | mA |
增益 @ 880MHz | 14.8 | 13.6 | 5.2 | -4.0 | 分贝 |
NF @ 870MHz | 1.77 | 1.83 | 3.50 | 7.50 | 分贝 |
NF @ 880MHz | 1.80 | 1.90 | 3.60 | 7.44 | 分贝 |
NF @ 895MHz | 1.85 | 1.95 | 3.58 | 7.60 | 分贝 |
IIP3 | 11.0 | 5.5 | 10.5 | 19.2 | 分贝 |
MAX2323 CDMA蜂窝混频器在PCB上的级联性能
净值 (分贝) | 2.5 | 获得 | +1.7分贝 |
增益(分贝) | 15.3 | NF | 9.0分贝 |
IIP3 (分贝) | -10.5 | IIP3 | +4.1分贝 |
测试条件:在混频器输出端包含 TMX M300 IF 滤波器
图像 滤波器 | TMX M300 | |
净值 (分贝) | 2.5 | 10 |
增益(分贝) | -2.5 | -10 |
IIP3 (分贝) | 100 | 100 |
审核编辑:郭婷
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