【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

时间： 2019-12-10 来源：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。

CHA3801是UMS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：

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。
BW是GPS系统决定的，这里我们取1MHz。
-174dBm是自然界噪声，这个是常数。
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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