无线设计中的低杂讯和功率放大器基础知识.doc

集合在线——全球首个电子元器件团购平台在无线设计中, 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」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已知讯号/已知杂讯象限,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 1a)。 Avago Technologies 的 ACMD-7612 就是此类双工器(图 1b); 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图 1a: 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」。 Avago Technologies 的 ACMD-7612 双工器图 1b: Avago Technologies 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。集合在线——全球首个电子元器件团购平台从 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-100 dBm (请注意,在 50Ω系统中, 10μV为-87 dBm , 100 μV 等於-67 dBm ),然後将其放大至较实用的程度,约 至1 伏特。现代电子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, 典型杂讯指数的范围介於 至 dB 。单级的典型增益值介於 10至 20 dB 之间; 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