【应用】CHA3801低噪声放大器助力北斗/GPS多模多频接收机射频前端设计

2019-12-10 世强
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导航系统在现在的通信产品需求越来越多,各个国家也都发明了自己的导航技术。美国有GPS系统,中国有北斗系统,俄罗斯有GLONASS系统,欧盟的伽利略卫星导航系统。在中国的民用产品中,无论是手机还是其他智能产品,主流需求是GPS导航系统和北斗导航系统,其中以GPS需求最大。如图一所示,各种导航系统的频段分配如下,由下图可知,各种制式的定位系统的频率都在1GHz~2GHz之间。


CHA3801UMS最新推出的针对导航系统的低噪声放大器,其工作频率在1GHz~2GHz之间,噪声系数典型值为1.5dB,线性增益典型值为28dB,正好可以满足所有导航产品的频段需求。

图一 各种导航系统的频段分配


导航产品在各个领域都有很丰富的应用,而目前应用需求最大的就是手机产品。本篇文章基于目前最主流的高通平台手机产品,基于CHA3801 LNA应用到高通手机平台来评估GPS系统灵敏度。在手机系统高通平台中,目前的GPS系统较为独立,主要由两个带通滤波器和一个LNA组成(如图二)。在原理图中,右边是天线测试端口,也就是空间GPS信号进入端口,而右边是经过LNA和两个带通滤波器后进入到tranceiver(GPS解调器)中,也就是经过解调调制。

图二 高通系统GPS系统原理图


我们在做手机产品,能否选择这款LNA需要经过链路预算,必须满足指标需求才能应用。其实无论是哪种射频系统,计算出灵敏度的公式都是S(灵敏度)=10logBW-174+NF+SNR,单位是dBm。在射频系统里:

  1. SNR这个是针对手机平台的固定值,一般是12dB左右,这里面我们取12dB。

  2. BW是GPS系统决定的,这里我们取1MHz。

  3. -174dBm是自然界噪声,这个是常数。

  4. NF是噪声系数,这个是基于系统噪声系数公式为下面图三,由公式可知决定,决定噪声系数的主要因素第一级滤波器的插损(一般最小需求是1.5dB),也就是噪声系数。NF2为LNA的噪声系数,Gpd为LNA的增益,NF3是第二级滤波器的插损(一般最小需求是2dB),也就是噪声系数。

图三 系统噪声系数公式


由以上公式得知,针对LNA,主要影响灵敏度的就是LNA本身的噪声系数和增益,我们看CHA3801的芯片资料(如图四所示)得知,其增益为28dB,噪声系数为1.5dB。

图四 CHA3801参数

我们现在将所有的值带入S(灵敏度)=10logBW-174+NF+SNR中,最后得出结果是-159.3dBm。这个是个非常高的灵敏度值,一般导航产品最后在板级设计以后都要增加GPS天线实行GPS系统的正常运行。一般GPS天线的效率是40%,所以整个GPS系统的灵敏度大概可以达到-156dBm。根据经验,达到这种系统灵敏度,一般用手机APP看GPS的SNR值可以达到42dB以上,在30秒之内完全可以定位。


其他导航系统的灵敏度计算同理,如北斗系统,带入公式得出的灵敏度值和GPS基本相同,也是-156dBm。由上面数据可知,CHA3801都可以满足需求,而CHA3801的优势在于,它可以用同一种设计在任何导航系统中,是一款很方便但功能强大的芯片。


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