英飛凌低噪聲放大器在無線數(shù)據(jù)接收中的應(yīng)用分析

　2014年6月，工信部向聯(lián)通和電信頒發(fā)4G FD-LTE牌照，加上在此之前發(fā)放給移動(dòng)、聯(lián)通、電信的4G TD-LTE牌照，這意味著國內(nèi)三大運(yùn)營商全面進(jìn)入4G商用化時(shí)代，同時(shí)各大手機(jī)制造商紛紛推出多模、多頻的LTE手機(jī)和終端，目前國內(nèi)LTE用戶規(guī)模已 經(jīng)達(dá)到5，000萬。
　　相對(duì)于3G而言，4G LTE能夠提供更大的信道容量，手機(jī)用戶可以享用更高的數(shù)據(jù)下載速率，在FD-LTE 20MHz帶寬，64QAM，2×2 MIMO下，編碼率為1的情況下，
　　LTE 下行峰值速率為：
　　100*12*14*（1-2/21-4/21-0.1714%-0.3929%）*2*6*1000= 142.86Mbps.
　　100——100個(gè)RB；
　　12——每個(gè)RB12個(gè)子載波；
　　14——Normal CP情況下，每個(gè)子幀14個(gè)符號(hào)；
　　2——采用2×2 MIMO復(fù)用模式情況下，速率加倍；
　　6——64QAM每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)6個(gè)bit；
　　上面只是一個(gè)簡單的估算，實(shí)際中用戶少的時(shí)候，PDCCH占用的符號(hào)數(shù)可以減小，此時(shí)單用戶峰值速率可以提高，協(xié)議規(guī)定的理論峰值速率在150.75Mbps，是3G WCDMA理論峰值速率的7倍。
　　在實(shí)際使用中，由于手機(jī)用戶位置是移動(dòng)的，距離基站臺(tái)的距離遠(yuǎn)近變化，導(dǎo)致實(shí)際的接收信號(hào)電平也一直處于強(qiáng)弱變化中，理論上的最高數(shù)據(jù)速率只能在接收強(qiáng)信號(hào)下存在，此時(shí)輸入信噪比大于40dB。如果接收弱信號(hào)下，數(shù)據(jù)速率會(huì)有所下降，實(shí)際使用的數(shù)據(jù)速率由香農(nóng)公式推導(dǎo)出：
　　C = BW ˙log2 （1+SNRoutput）
　　C——信道容量
　　BW——信道帶寬
　　SNRoutput——輸出信噪比
　　信道容量即是手機(jī)用戶實(shí)際使用的數(shù)據(jù)速率，信道帶寬對(duì)通信運(yùn)營商來講也是固定的，F(xiàn)D-LTE通常是20MHz，唯一有變化的是SNRoutput：
　　F = SNRinput/ SNRoutput SNRoutput =SNRinput/F
　　C = BW˙ log2（1+ SNRinput/F）
　　由此可見，在輸入信噪比一定時(shí)，降低手機(jī)接收機(jī)噪聲系數(shù)，是提高信道容量的有效辦法，特別是在輸入信噪比比較低時(shí)，即通常講信號(hào)電平比較弱時(shí)，改善更為明顯。
　　在當(dāng)前的4G LTE手機(jī)中，為了取得空間分集收益，主分集天線分處手機(jī)兩端，射頻收發(fā)信機(jī)芯片只能選擇靠一端放置，或者居中放置，這樣會(huì)導(dǎo)致分集接收機(jī)或者主、分集接收機(jī)和對(duì)應(yīng)天線的距離較遠(yuǎn)，對(duì)射頻信號(hào)帶來不小的路徑損失，尤其是在2.6GHz以上的高頻尤為明顯。
　　為了降低4G LTE接收機(jī)的射頻前端噪 聲系數(shù)，提高實(shí)際使用中，特別是在弱信號(hào)下的無線數(shù)據(jù)下載速率，英飛凌推出BGA7X1N6系列低噪聲放大器，高、中、低頻段的三顆LNA，可以覆蓋從 700MHz～2.7GHz的所有4G通信頻段；采用自有專利的SiGe半導(dǎo)體工藝， 可以獲得0.6dB的業(yè)界最小噪聲系數(shù)，以及3dBm的IP-1和5dBm的IIP3，這樣可以保證很低的接收機(jī)噪聲和卓越的射頻通道線性，13dB的放 大器增益可以有效放大弱信號(hào)，當(dāng)信號(hào)較強(qiáng)時(shí)可以通過拉低Pon管腳關(guān)閉放大器；芯片的匹配僅需一個(gè)電感，有效減少外圍器件和PCB布板面積，憑借先進(jìn)的芯 片封裝技術(shù)，低噪放具有業(yè)界最小的封裝尺寸1.1×0.7mm，可以靈活方便地放置在電路板上，該封裝同時(shí)具有自屏蔽效應(yīng)，可以有效減少外來干擾信號(hào)的對(duì) 射頻前端的影響；芯片內(nèi)置ESD防護(hù)電路，高達(dá)2KV HBM防護(hù)，保證了芯片在調(diào)試，貼片過程的健壯性；整個(gè)芯片的功耗小于5mA，待機(jī)時(shí)小于3μA，走在綠色節(jié)能的時(shí)代前列。
　　
　　圖1：英飛凌BGA7X1N6系列低噪聲放大器
　　在已經(jīng)上市的某型號(hào)LTE手機(jī)上，使用BGA7X1N6后，接收機(jī)噪聲系數(shù)從原來的6.1dB，降低為3.2dB，改善2.9dB。下面是使用casecade的仿真結(jié)果對(duì)比，實(shí)測數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果完全吻合。
　　
　　圖2：英飛凌BGA7X1N6改善接收機(jī)噪聲仿真對(duì)比
　　
　　圖3：使用和未使用英飛凌BGA7X1N6的RFFE模擬板噪聲系數(shù)和增益實(shí)測結(jié)果
　　我們知道，電磁波在自由空間傳播的損耗公式：
　　Lbs =32.45+20lgF（MHz）+20lgD（km）