利用外部LNA改善接收機(jī)靈敏度

摘要：該應(yīng)用筆記討論了在遙控門控(RKE)接收機(jī)中增加一個(gè)低噪聲放大器(LNA)對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)的影響。系統(tǒng)靈敏度將提高3.77dB，但三階截點(diǎn)將降低15dB。

靈敏度指標(biāo)代表接收機(jī)捕獲弱信號(hào)的能力，由于該指標(biāo)直接影響了系統(tǒng)的通信范圍，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

在許多遙控門控(RKE)和胎壓監(jiān)測(TPM)設(shè)計(jì)中，制造商一般會(huì)利用接收機(jī)靈敏度(dBm)作為有別于競爭對(duì)手的關(guān)鍵。此外，其它接收機(jī)參數(shù)，例如：噪聲系數(shù)、互調(diào)失真、動(dòng)態(tài)范圍，甚至功耗，也會(huì)作為重要參數(shù)，因?yàn)橄M(fèi)者對(duì)靈敏度和通信范圍十分看重。

改善系統(tǒng)靈敏度的方法之一是連接一個(gè)外部LNA增大鏈路增益。或許，還有其它簡單方法?

接收機(jī)靈敏度取決于系統(tǒng)的噪聲系數(shù)、解調(diào)檢測所需的最小S/N比值以及系統(tǒng)的熱噪聲。最小輸入信號(hào)電平如下式所示：

S = NF + n0 + S/N

EQN1

式中，S為所要求的最小輸入信號(hào)(dBm)，NF是接收機(jī)噪聲系數(shù)，S/N為輸出信噪比(能夠正確檢測信號(hào)，通常對(duì)應(yīng)于能夠接受的誤碼率)，n0是接收機(jī)的熱噪聲功率(dBm)。

為簡化計(jì)算，估計(jì)要求輸出S/N (曼徹斯特?cái)?shù)據(jù))為5dB。為了得到S，還需要已知n0，n0定義為：

n0 = 10log10 (k T B / 1E-3)，單位為dBm

式中，k為玻爾茲曼常數(shù)(1.38 E-23)，T為開爾文溫度，B為系統(tǒng)噪聲帶寬。室溫條件下(T = 290°K)，對(duì)于1Hz帶寬，n0 = -174dBm (通常表示為等于-174dBm/Hz)。

對(duì)于300kHz IF帶寬，n0為-119dBm。

假設(shè)系統(tǒng)靈敏度為-109dBm。用EQN1，能夠確定接收機(jī)的NF為5dB。按照噪聲系數(shù)(NF)與噪聲因數(shù)(F)的關(guān)系式：

(NF)db = 10logF以及F = 10(NFdb/10)

噪聲因數(shù)為：F = 3.162。

可用如下等式計(jì)算多個(gè)雙端口設(shè)備的級(jí)聯(lián)噪聲因數(shù)：

FTotal = F1 + (F2 - 1) / G1 + (F3 - 1) / (G1 × G2) + ...

EQN2

如果在我們的系統(tǒng)輸入增加一級(jí)外部LNA，可以利用EQN2計(jì)算新的噪聲因數(shù)。對(duì)于MAX2640 LNA，NF = 1dB (F1 = 1.26)，增益為15dB (G1 = 31.62)，由于原系統(tǒng)(MAX1470)的噪聲因數(shù)為F2 = 3.162，那么，最終得到的FTotal = 1.327或1.23dB。

最終對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)的影響是什么呢? 利用EQN1，我們可以得到現(xiàn)在的靈敏度為：

S = 1.23 - 119 + 5 = -112.77db

因此，增加一個(gè)外部LNA能夠使系統(tǒng)靈敏度提高3.77dB，是否滿足系統(tǒng)要求還要視具體情況而定。噪聲系數(shù)畢竟只是系統(tǒng)指標(biāo)的一部分。MAX1470具有-34dBm的系統(tǒng)IIP3，該參數(shù)基于內(nèi)部混頻器IIP3為-18dBm，內(nèi)部LNA的增益為16dB，得到-34dBm的IIP3。增加一個(gè)外部MAX2640 LNA后，系統(tǒng)的IIP3從-34dBm降至-49dBm (LNA增益為15dB)，這意味著系統(tǒng)的信號(hào)處理能力降低了。換句話說，盡管系統(tǒng)靈敏度提高近4dB，但系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍降低了15dB。

因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要判斷為了提高系統(tǒng)靈敏度是否值得以降低IIP3為代價(jià)。


圖1.