碼分多址低噪聲放大器的研究與設(shè)計

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移動通信技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機技術(shù)高度發(fā)展和相互結(jié)合的產(chǎn)物。隨著數(shù)字化信息技術(shù)的廣泛應用，現(xiàn)代通信技術(shù)正以前所未有的高速度發(fā)展，移動通信也正沿著多址通信的方向發(fā)展。CDMA(碼分多址)與FDMA(頻分多址)和TDMA(時分多址)相比，具有系統(tǒng)容量大而且配置靈活、頻譜利用率高、軟切換、保密性能好的優(yōu)點?；谶@些優(yōu)點CDMA技術(shù)得到了廣泛的應用。

CDMA低噪聲放大器作為CDMA接收機的第一級，直接決定了整機的噪聲系數(shù)，從而很大程度上決定了接收機靈敏度。因此噪聲系數(shù)小、增益高、帶內(nèi)平坦、高線性的CDMA低噪聲放大器成為CDMA收發(fā)信機的一個重要組成部分。

CDMA低噪聲放大器的研究與設(shè)計

CDMA低噪聲放大器電路的基本原理

該低噪聲放大器功能框圖如圖1所示。為滿足50dB的高增益，該低噪聲放大器采用四級放大AMP1、AMP2、AMP3和AMP4；為了得到很好的輸入輸出駐波比，在輸入端使用了隔離器ISOLATOR1，在輸出端使用了隔離器ISOLATOR2。為了抑制帶外的各種雜散信號，使用了工作于該頻段的抑制度較高的聲表面濾波器SAWFILTER；為了實現(xiàn)增益可調(diào)節(jié)使用了數(shù)控衰減器ATT1；為了實現(xiàn)輸出功率自動控制，使用了壓控衰減器ATT2。

圖1 CDMA低噪聲放大器框圖

該電路可劃分為三個小單元:電源處理電路、監(jiān)控處理電路、射頻(RF)鏈路。電源處理電路采用開關(guān)電源LM7805，將外部提供的9V電壓轉(zhuǎn)換為各個芯片工作所需要的5V電壓。LM7805具有轉(zhuǎn)換效率高，可允許輸入電壓動態(tài)范圍大的特點；監(jiān)控處理電路實現(xiàn)與上位機的RS485通信接口、輸出信號功率檢測、模塊增益調(diào)節(jié)和自動電平控制(ALC)。

RF鏈路工作原理如圖1所示。首先，輸入隔離器ISOLATOR1實現(xiàn)良好的輸入駐波比性能，輸入信號然后經(jīng)過AMP1、AMP2兩級放大，接著經(jīng)過聲表面濾波器SAW對帶外信號進行抑制，再經(jīng)過AMP3第三級放大后，經(jīng)過實現(xiàn)增益可調(diào)節(jié)的數(shù)控衰減器ATT1，經(jīng)過實現(xiàn)自動電平控制壓控衰減器ATT2，再經(jīng)過AMP4第四級放大，在AMP4后分一小部分能量給檢波器實現(xiàn)輸出功率檢測，主信號最后通過輸出隔離器ISOLATOR2輸出。

CDMA低噪聲放大器設(shè)計關(guān)鍵問題及解決措施

低噪聲、高增益的第一級和第二級放大器的設(shè)計

根據(jù)噪聲系數(shù)的級連公式NFtot(m)=NF1+(N F2-1)/A v1+…+(N Fm-1)/Av1…A v(m-1) (其中NFtot (m)為m級總的噪聲系數(shù)、NFm為第m級的噪聲系數(shù)、Avm為第m級的增益。)，整個放大器的噪聲系數(shù)主要由第一級和第二級所決定。具有低噪聲和高增益的第一級和第二級放大器的設(shè)計是整個低噪聲放大器設(shè)計的難點。使用Agilent的Advanced Design System(ADS)對AMP1和AMP2進行噪聲和增益的S參數(shù)仿真，得到的結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 AMPI的噪聲和增益仿真結(jié)果

圖3 AMP2的噪聲與增益仿真結(jié)果

通過聲表面濾波器提高帶外抑制性能和加入

聲表面濾波器后帶內(nèi)波動的調(diào)節(jié)聲表面濾波器具有體積小、過濾帶較陡、選擇性好的特點。加入聲表面濾波器提高了低噪聲放大器帶外抑制性能，改善了頻率選擇性。同時由于聲表面濾波器本身帶內(nèi)波動和帶外抑制是一對相矛盾的指標，所以加入聲表面濾波器后該低噪聲放大器的帶內(nèi)波動指標通常變得較差。所以必須在矢量網(wǎng)絡分析儀上單獨測得聲表面濾波器的S11和S22，加入輸入和輸出匹配網(wǎng)絡，來改善帶內(nèi)波動。

線性度及其他問題考慮

為了保證該低噪聲放大器具有較小的非線性失真，要選用高OIP3的器件，尤其是最后一級放大器AMP4。

在低噪聲放大器設(shè)計中還應考慮監(jiān)控，通過通信接口實現(xiàn)增益調(diào)節(jié)、自動電平控制和輸出功率檢測等。電磁屏蔽也是一個不可忽略的問題，采用鋁制屏蔽盒隔離空間電磁場的干擾、防止射頻信號泄露，同時將射頻電路、供電電路、監(jiān)控電路用隔條隔開，防止它們相互之間的干擾。最終設(shè)計出的低噪聲放大器具有低噪聲、高增益、高線性、帶內(nèi)平坦度好等性能。

測試與結(jié)果

通過對電路的連接調(diào)試，使用數(shù)字信號源、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡分析儀和噪聲系數(shù)分析儀測得的該低噪聲放大器的各項指標如表1。表1中帶內(nèi)波動和三階互調(diào)的頻譜儀截圖如圖4和圖5所示。

表1 低噪聲放大差的性能

圖4 低噪聲放大器的帶內(nèi)波動測試結(jié)果

圖5 低噪聲放大器的三階互調(diào)測試結(jié)果　

結(jié)束語

CDMA(碼分多址)蜂窩移動通信是近年來世界上迅速發(fā)展的用于數(shù)字蜂窩移動通信的一種先進擴頻通信技術(shù)，具有輻射小、通話質(zhì)量好、保密性高等優(yōu)點。幾乎全球各大電信設(shè)備制造公司都提供CDMA系統(tǒng)設(shè)備，而CDMA低噪聲放大器是CDMA收發(fā)信機中極其重要的部件。