利用外部LNA提高接收器靈敏度

本應(yīng)用筆記介紹了在遠程無鑰匙進入（RKE）接收器中添加低噪聲放大器（LNA）所涉及的系統(tǒng)級權(quán)衡。系統(tǒng)的靈敏度提高了3.77dB，但三階交調(diào)截點降低了15dB。

靈敏度規(guī)格表示接收器捕獲微弱信號的能力。這是一個關(guān)鍵規(guī)范，因為它直接影響系統(tǒng)的范圍。

在許多遠程無鑰匙進入 （RKE） 和胎壓監(jiān)測 （TPM） 設(shè)計中，制造商會引用接收器的靈敏度 （dBm） 作為將系統(tǒng)與競爭對手的系統(tǒng)區(qū)分開來的一種手段。其他接收器參數(shù)，如噪聲系數(shù)、互調(diào)失真、動態(tài)范圍甚至功耗，有時會因為消費者對靈敏度和范圍的重視而變得重要。

提高系統(tǒng)靈敏度的一種方法是通過連接外部LNA來增加增益?；蛘摺心敲春唵螁?？

接收器的靈敏度取決于其噪聲系數(shù)、檢測調(diào)制所需的最小信噪比以及系統(tǒng)的熱噪聲。最小輸入信號的公式如下：

S = NF + n0+ 信噪比

其中S是所需的最小輸入信號（dBm），NF是接收器的噪聲系數(shù)，S/N是所需的輸出信噪比（為了充分檢測，通?；诳山邮艿恼`碼率），n0是接收器的熱噪聲功率 （dBm）。

為簡單起見，我們估計所需的輸出信噪比（曼徹斯特數(shù)據(jù)）為5dB。要計算 S，我們?nèi)匀恍枰?n0.n0定義為：

n0= 10log10（k T B / 1E-3） 單位：dBm

其中k是玻爾茲曼常數(shù)（1.38 E-23），T是以開爾文為單位的溫度，B是系統(tǒng)的噪聲帶寬。在室溫 （T = 290°K） 下，1Hz 帶寬，n0= -174dBm（通常表示為 = -174dBm/Hz）。

對于 300kHz IF 帶寬，n0計算為 –119dBm。

假設(shè)系統(tǒng)的靈敏度為 –109dBm。使用 EQN1，我們可以確定接收器的 NF 為 5dB?；仡櫾肼曄禂?shù)（NF）與噪聲系數(shù)（F）之間的關(guān)系：

（NF）.db= 10logF 和 F = 10（NF.db/10)

因此，噪聲因數(shù)為 F = 3.162。

為了找到幾個級聯(lián)雙端口設(shè)備的噪聲因數(shù)，我們使用以下公式：

FTotal = F1 + (F2 - 1) / G1 + (F3 - 1) / (G1 × G2) + ...

因此，如果我們在系統(tǒng)的輸入中添加一個外部LNA，則可以使用EQN2來計算新的噪聲因數(shù)。MAX2640 LNA的噪聲系數(shù)= 1dB （F1 = 1.26），增益為15dB （G1 = 31.62），由于我們原始系統(tǒng)（MAX1470）的噪聲因數(shù)為F2 = 3.162，因此Ftotal=1.327或1.23dB。

這一切意味著什么？使用 EQN1，我們看到靈敏度現(xiàn)在為：

S = 1.23 - 119 + 5 = -112.77db

因此，添加外部LNA僅將我們的靈敏度提高了3.77dB，根據(jù)要求，這可能足夠，也可能不夠。然而，噪聲系數(shù)只是圖片的一部分。MAX1470的系統(tǒng)IIP3為-34dBm。這是因為混頻器IIP3為-18dBm，而系統(tǒng)IIP16的內(nèi)部LNA增益為-3dBm，為34dB。在外部添加MAX2640 LNA將使系統(tǒng)IIP3從-34dBm降低到-49dBm（LNA增益為15dB），這意味著我們系統(tǒng)的信號處理能力已經(jīng)降低。換句話說，即使靈敏度提高了近4dB，系統(tǒng)的動態(tài)范圍也降低了15dB。

因此，由系統(tǒng)設(shè)計人員決定為額外靈敏度付出的代價是否值得降低IIP3。

圖1.

審核編輯：郭婷