利用外部LNA提高接收器灵敏度

本应用笔记介绍了在远程无钥匙进入（RKE）接收器中添加低噪声放大器（LNA）所涉及的系统级权衡。系统的灵敏度提高了3.77dB，但三阶交调截点降低了15dB。

灵敏度规格表示接收器捕获微弱信号的能力。这是一个关键规范，因为它直接影响系统的范围。

在许多远程无钥匙进入 （RKE） 和胎压监测 （TPM） 设计中，制造商会引用接收器的灵敏度 （dBm） 作为将系统与竞争对手的系统区分开来的一种手段。其他接收器参数，如噪声系数、互调失真、动态范围甚至功耗，有时会因为消费者对灵敏度和范围的重视而变得重要。

提高系统灵敏度的一种方法是通过连接外部LNA来增加增益。或者——有那么简单吗？

接收器的灵敏度取决于其噪声系数、检测调制所需的最小信噪比以及系统的热噪声。最小输入信号的公式如下：

S = NF + n0+ 信噪比

其中S是所需的最小输入信号（dBm），NF是接收器的噪声系数，S/N是所需的输出信噪比（为了充分检测，通常基于可接受的误码率），n0是接收器的热噪声功率 （dBm）。

为简单起见，我们估计所需的输出信噪比（曼彻斯特数据）为5dB。要计算 S，我们仍然需要 n0.n0定义为：

n0= 10log10（k T B / 1E-3） 单位：dBm

其中k是玻尔兹曼常数（1.38 E-23），T是以开尔文为单位的温度，B是系统的噪声带宽。在室温 （T = 290°K） 下，1Hz 带宽，n0= -174dBm（通常表示为 = -174dBm/Hz）。

对于 300kHz IF 带宽，n0计算为 –119dBm。

假设系统的灵敏度为 –109dBm。使用 EQN1，我们可以确定接收器的 NF 为 5dB。回顾噪声系数（NF）与噪声系数（F）之间的关系：

（NF）.db= 10logF 和 F = 10（NF.db/10)

因此，噪声因数为 F = 3.162。

为了找到几个级联双端口设备的噪声因数，我们使用以下公式：

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

因此，如果我们在系统的输入中添加一个外部LNA，则可以使用EQN2来计算新的噪声因数。MAX2640 LNA的噪声系数= 1dB （F1 = 1.26），增益为15dB （G1 = 31.62），由于我们原始系统（MAX1470）的噪声因数为F2 = 3.162，因此Ftotal=1.327或1.23dB。

这一切意味着什么？使用 EQN1，我们看到灵敏度现在为：

S = 1.23 - 119 + 5 = -112.77db

因此，添加外部LNA仅将我们的灵敏度提高了3.77dB，根据要求，这可能足够，也可能不够。然而，噪声系数只是图片的一部分。MAX1470的系统IIP3为-34dBm。这是因为混频器IIP3为-18dBm，而系统IIP16的内部LNA增益为-3dBm，为34dB。在外部添加MAX2640 LNA将使系统IIP3从-34dBm降低到-49dBm（LNA增益为15dB），这意味着我们系统的信号处理能力已经降低。换句话说，即使灵敏度提高了近4dB，系统的动态范围也降低了15dB。

因此，由系统设计人员决定为额外灵敏度付出的代价是否值得降低IIP3。

图1.

审核编辑：郭婷