GPS是先放大后滤波还是行滤波后放大

chenlijun820 · 发表于 2014-9-24 15:20:41

各位好，大家做的手机或平板的GPS是GPS是先放大后滤波还是行滤波后放大。

criterion · 发表于 2015-2-2 01:06:48

以手机的GPS而言一般是前后都加

当输入讯号在LNA的线性区时，其Gain为一定值，
但当输入讯号过大时，会使LNA饱和，导致Gain下降，亦即灵敏度变差，称之为Desense。

若LNA的Gain降为零，即输入讯号经过LNA时，完全不会被放大，
则有可能被Noise Floor淹没，此时称该接收讯号被阻塞(Blocked)。

但由于GPS接收的是太空卫星发射的讯号，其接收讯号极微弱，约-150 dBm，

因此其接收讯号强度并不会大到足以使其LNA饱和，
加上GPS只有单一Channel，换言之，会使LNA饱和的，皆为带外噪声。
以手机而言，因为里面会有许多射频功能，彼此间可能会有所干扰，如下图:

尤其是WCDMA，会有所谓Tx Leakage的问题，
再加上以手机而言，GPS与WCDMA都是用同一个接收机，例如高通的WTR1625L，
所以若接收讯号太过靠近，
很有可能WCDMA的Tx Leakage会先流到WCDMA的接收路径，再耦合到GPS的LNA输入端，
而Tx Leakage在LNA输入端，最大可到-24 dBm，远比GPS接收的-150 dBm来的大，会让LNA饱和，

因此一般而言，会先在LNA输入端，放上一颗SAW Filter，来抑制Tx Leakage，避免GPS LNA饱和，

而接收机整体的Noise Figure，公式如下 :

由上式可知，越前面的阶级，对于Noise Figure的影响就越大。换言之，
LNA输入端的Loss对于Noise Figure影响最大，也因此才会说放后面灵敏度才会好

因为放前面其Insertion Loss会直接升高Noise Figure,
而由灵敏度公式可知 :

若Noise Figure高, 灵敏度就低故pre-SAW Filter的重点是Insertion Loss要小。

如果要拿掉Pre-SAW  当然Insertion Loss减少  对灵敏度提升是有帮助
但前提是  要嘛你LNA线性度够不会因强大Outband Noise而饱和
不过这点比较困难因为动态范围的上下限分别是P1dB跟灵敏度

你GPS要接收-150 dBm这么微弱的讯号  下限给你定-150 dBm
动态范围给你算70 dB好了表示你上限P1dB顶多是 -80 dBm
所以GPS要饱和是很容易的

所以在LNA线性度无法大到抵挡Outband Noise时
不然就是你得祈祷都不会有Outband Noise来干扰
否则若LNA饱和  Gain下降
而由前述Noise Figure公式已知  LNA Gain下降  Noise Figure压不下来
加上LNA饱和会使Noise Floor上升  C/N值下降那灵敏度还是不会好

再来是讨论Post-SAW  也就是LNA之后  Mixer之前的SAW Filter
因为Mixer接收的是LNA放大后的讯号所以P1dB要比LNA更大
加上由下述Cascade IIP3公式可知 :

以接收机而言越后端的Stage  其IIP3对整体线性度有越大影响
因此可知  相较于LNA Mixer的线性度更为重要
Post-SAW的目的是砍掉被LNA放大后的外来Outband Noise
以及LNA自身产生的Outband Noise
换言之  这是最后一道砍OutBand Noise的关卡  所以Post-SAW的重点是OutBand Rejection能力要强
虽说通常OutBand Rejection能力大  Insertion Loss就会大
但LNA后的Insertion Loss  对整体Noise Figure影响不大
所以Insertion Loss大一点没关系  但OutBand要砍得够深

如果Mixer饱和  还是一样  Noise Floor上升  C/N值下降灵敏度还是不会好

所以整理如下 :

Pre-SAW : Insertion Loss要小  砍LNA输入端的Outband Noise

Post-SAW : OutBand Rejection要大  砍LNA放大的外来Outabnd Noise
               以及LNA自身产生的Outband Noise

至于天线跟LNA间要不要加Matching?
由于Matching是无源组件  会贡献Insertion Loss
使RX整体Noise Figure压不下来
因此理论上  拿掉可以提升灵敏度
但走线方面要非常注意，
首先，天线到LNA的走线要非常短，因为走线一长，阻抗就很难控制得好，同时也会增加Insertion Loss。
其次，表层走线具有最短走线距离，以及阻抗容易控制在50奥姆/100奥姆的优点，
因此天线到LNA的走线要走表层。
再者，天线到LNA的走线，其线宽不宜过细，阻抗误差如下式 :

因为PCB厂的制程能力，一般来说会有正负0.5mil的线宽误差，
因此，若线宽过细，则可能会阻抗误差过大，如此阻抗便很难控制得好，
同时Insertion Loss也会因线宽过细而加大，
因此该段走线的线宽不宜过细，必要时甚至可靠下层挖空的方式，在阻抗不变的情况下，来拓展线宽。

所以若阻抗控制做得好  走线又短又宽是可以拿掉的
否则若阻抗非完美的50/100奥姆  又没有Matching来降低MisMatch Loss
那走线再短再宽还是弥补不了MisMatch Loss造成的Noise Figure上升

CH1035 · 发表于 2014-9-24 16:30:03

SAW Filter 可以抑制带外噪声,因此原则上须在LNA 输入端,添加SAW Filter,避免带外噪声劣化接收机整体性能.

chenchen123 · 发表于 2014-10-11 20:33:16

看外部干扰环境，如果把SAW加在LNA输入端也会损耗1DB左右同时会衰减GPS信号；外部如果没什么干扰，直接放在LNA输出端

chenchen123 · 发表于 2014-10-11 20:36:55

chenchen123 发表于 2014-10-11 20:33
看外部干扰环境，如果把SAW加在LNA输入端也会损耗1DB左右同时会衰减GPS信号；外部如果没什么干扰，直接放在 ...

看外部干扰环境，如果把SAW加在LNA输入端也会损耗GPS信号1DB左右；外部如果没什么干扰，直接放在LNA输出端

lybkill · 发表于 2014-10-12 15:35:51

这点首选要解释一下LNA，GPS LNA一般放大的频率不仅仅只有GPS频段，只是在比如说1.8G频段效率没有那么好而已，但对于1.8G仍有增益。也就是说当1.8G频段发射30dB的功率时，通过天线耦合过来的信号要是足够大，可能导致LNA的饱和。前端滤波器我个人理解就是防止这种情况发生的，需不需要加前端滤波器要计算两个天线在1.8G的隔离度，然后看看发射功率-天线隔离是不是大于LNA的最大输入功率。
不过一般这样搞太麻烦了，我个人建议没有太苛刻的成本压力的话还是把前置滤波带上。

chenlijun820 · 发表于 2014-10-13 09:07:05

谢谢，五楼的详细解答。

devin_chu · 发表于 2014-11-21 13:30:52

如果是手机上，建议SAW+LNA+SAW的结构。
手机上TX 很厉害。

luckylarry · 发表于 2014-11-22 21:53:09

手机产品的话，考虑到射频发射信号可能会导致LNA饱和，99%的情况都会把在LNA前加一个滤波器，LNA后面那一颗根据接收芯片来确定吧

aini1314 · 发表于 2015-1-31 23:55:32

前面吧

Vanzotest · 发表于 2015-2-3 22:08:51

非常牛逼的解答

lupujin · 发表于 2015-2-3 22:48:50

lybkill 发表于 2014-10-12 15:35
这点首选要解释一下LNA，GPS LNA一般放大的频率不仅仅只有GPS频段，只是在比如说1.8G频段效率没有那么好 ...

lybkill，你好，想你请教下
LNA也存在一定的非线性，也就是说在LNA的输出端也会有一部分带外杂散出来，进而进入接收机，这样的话会对接收机的性能产生影响吗

himylove · 发表于 2015-2-4 16:44:01

10楼很厉害啊

criterion · 发表于 2015-2-5 00:24:47

本帖最后由 criterion 于 2015-2-5 00:27 编辑

lupujin 发表于 2015-2-3 22:48
lybkill，你好，想你请教下
LNA也存在一定的非线性，也就是说在LNA的输出端也会有一部分带外杂散出来， ...

会!!

由下图可知非线性效应包含了DC Offset, Harmonics, InterModulation

以零中频架构的接收机为例

LNA的非线性效应会危害接收机性能的主要有DC Offset, IMD2, IMD3

首先是DC Offset, 在还没降频前, 固然不会干扰到讯号
但等讯号降频为基频时其DC Offset就会直接干扰到讯号了

再来是IMD2
假设f1为干扰源，f2为讯号，若f1=2f2，那么IMD2 : f1-f2 = f2 => 主频附近，
亦即IMD2，会在主频附近，滤不掉，一路跟随着讯号降频，SNR变差，接收性能当然不好。

而若f1=f2，那么IMD2 : f1-f2 = 0 => 等同于DC Offset，

或是IMD3 : 2f2 – f1 = 0(若f1=2f2) => DC Offset，亦即IMD3会直接干扰已降频为基频的讯号，

lupujin · 发表于 2015-2-5 09:07:04

criterion 发表于 2015-2-5 00:24
会!!

由下图可知非线性效应包含了DC Offset, Harmonics, InterModulation

最爱criterion！

jerry502 · 发表于 2015-2-5 17:26:09

criterion 发表于 2015-2-5 00:24
会!!

由下图可知非线性效应包含了DC Offset, Harmonics, InterModulation

DC offset 会从前面的LNA一级一级传到AD位置吗？比如混频器和LNA之间有隔直电容是不是就没事了？

criterion · 发表于 2015-2-5 17:45:56

jerry502 发表于 2015-2-5 17:26
DC offset 会从前面的LNA一级一级传到AD位置吗？比如混频器和LNA之间有隔直电容是不是就没事了？

理论上是这样没错

真正难点是Mixer之后的DC Offset

产生原因这除了牵扯到Mixer线性度

还有Self Mixing

battery609 · 发表于 2015-3-10 18:17:13

好好学习了一把！非常感谢各位大牛

eagle0827 · 发表于 2015-3-16 12:29:29

行业里面高手如云啊！

qianliduxing1 · 发表于 2015-3-16 23:30:57

haotie

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