无线设计中的低杂讯和功率放大器基础知识.doc

无线设计中的低杂讯和功率放大器基础知识.doc:..在无线设计中,天线与电子电路之间有两个元件扮演着关键介面的角色,即低杂讯放大器(LNA)和功率放大器(PA)。但两者之间的共通点仅限於此。虽然两者大致上皆具有相当简易的功能方块图以及角色,但遭遇的难题、优先考量以及效能参数上却不同。为何如此?LAN在未知世界中运作。身为接收器通道的「前端元件」,必须在指定的频宽范围内,撷取并放大超低功率、低电压讯号以及相关的随机杂讯(由天线引入)。在讯号理论中,这称为未知讯号/未知杂讯挑战,在所有讯号处理挑战中是最困难的。相反地,PA则是从电路取得极强的讯号,并具有高SNR,且「仅会J放大其功率。有关讯号的所有一般因素皆已获知,例如幅度、调变、形状、工作周期等。这在讯号处理领域中属於己知讯号/己知杂讯象限,也是最容易管理的一•种。尽管PA的运作简单明了,但也是有效能上的挑战。在双工(双向)系统中,LNA和PA通常不会直接连接天线,而是连接双工器(被动元件的一种)。双工器采用定相和移相引导PA的输出功率前往天线,同时阻挡功率前往LNA输入端,藉此避免敏感的LNA输入过载和达到饱和(如需进一步了解天线的基础知识,请参阅TechZone的《了解天线规格与操作》文章);此外也会引导天线讯号前往LNA而非PA(图la)oAvagoTechnologies的ACMD-7612就是此类双工器(图lb);其采用Avago的薄膜块体声波共振器(FBAR)技术达到此功能。双工器能预防功率泄漏ANT图la:双工器能预防功率从PA侧泄漏到LNA侧,因此接收器不会遭到「遮蔽」。AvagoTechnologies的ACMD-7612双工器图lb:AvagoTechnologies的ACMD-7612双工器属於半导体元件,覆盖区相容於高密度PC板设计。从LNA开始接收LNA的功能就是接收来自天线的极微弱且不明确讯号,通常仅有微伏等级或低於-100dBm(请注意,在50Q系统中,10uV为-87dBm,100uV等於-67dBm),然彳瓷将其放大至较实用的程度,。现代电了产品本身提供此增益其实并不会是重大问题,反而是LNA可能在微弱输入讯号上加入杂讯,而严重影响效果。此杂讯会盖过LNA进行放大作业的任何优点。对LNA而言,主要参数包括杂讯指数(NF)、增益以及线性度。杂讯系来自於热能或其他来源,;有些设计采用串接放大器搭配低增益、低NF级再连接可能有更高NF的更高增益级,但若初始讯号有经过「增益」,则可降低影响程度。(若要进一步了解LNA、杂讯和RF接收器,请参阅TechZone的《低杂讯放大器能让接收器达到最大灵敏度》文章。)非线性度是LNA的另一个问题,其产生的谐波和互调变失真会导致接收的讯号受损,因此用够低的位元误差率(BER)对其进行解调和解耦将更加困难。线性度通常由三阶截断点(IP3)界定,三阶截断点将三阶非线性期间所产生的非线性乘积与线性放大讯号连结;IP3值越高,放大器效能就更线性化。LNA的功耗与效率通常不是主要考量。多数LNA在木质上都是低功率元件,电流消耗量介於10至100mA,能为彳瓷级提供电压增益,而非将功率传送至负我。此外,系统中