射频收发器接收端口差分匹配电路的计算 - 全文

　　摘 要： 根据实例介绍GSM手机中射频收发器接收端的低噪声放大器（LNA）到表面声波滤波器（SAW Filter）之间的差分匹配电路的计算方法。

　　0 引言

　　接收灵敏度是GSM手机射频性能的重要指标，匹配电路的调整是优化接收灵敏度的主要方法。常见的GSM手机射频接收电路如图1所示，需要调整的匹配电路主要有两部份， 一部份是单端匹配电路， 是调整SAWFilter单端输入端口至天线端口路径的阻抗到50欧姆；另一部份是差分匹配电路，是调整差分路径的阻抗满足SAW Filter负载阻抗的要求。一般大家都比较熟悉单端匹配电路的调试方法，本文介绍的是如何根据SAWFilter和RF Transceiver规格书的要求来计算差分匹配电路的值。

　　

　　图1 GSM接收电路框图

　　1 差分匹配电路的计算方法

　　本文以MTK的GSM Transceiver AD6548和Murata的SAW Filter SAFEK881MFL0T00R00为例，按照六个步骤，通过图解和计算公式详细介绍差分匹配电路的计算方法。

　　1.1 根据RF Transceiver的规格书计算单端LNA输入阻抗

　　根据AD6548的规格书，接收端LNA输入阻抗如表1所示：

　　表1

　　

　　以GSM850频段为例，输入阻抗85-J110的电路模型是一个电阻串联一个电抗原件，+J表示感性原件，-J表示容性原件。这里是一个85 Ohms的电阻串联一个110 Ohms的容性原件。我们可以按照如图2所示的步骤把串联电路转换成单端等效电路：

　　

　　图2 串联电路转换成单端等效电路。

　　图中R=85 Ohms，Z1=-110 Ohms.

　　我们能计算出：R/2=42.5 Ohms，Z1/2=-55 Ohms.

　　1.2 根据SAW Filter的规格书计算出期望的单端负载阻抗

　　一般SAW Filter的规格书会指明它所期望的负载阻抗，以Murata的SAW Filter SAFEK881MFL0T00R00为例，要求负载阻抗是150 Ohms//82nH，电路模型为150 Ohms的电阻并联82nH的电感。我们可以按照如图3所示的步骤把并联电路转换成单端等效电路：

　　

　　图3 并联电路转换成单端等效电路

　　图中Xp=2πfL（Xp是一个电感）

　　Xp=1/2πfC（Xp是一个电容）。

　　为了计算出X，我们需要选择一个频率点，这里我们选择GSM850接收频段的中心频点881MHz，我们可以计算出：

　　X/2=2π×881×106×82×10-9/2=227 Ohms;

　　R/2=150/2=75 Ohms.

　　1.3 计算出单端阻抗和导纳

　　根据1.1和1.2的结果，可以得到：

　　单端LNA输入阻抗Z=42.5-J55 （串联电路一般用阻抗表示）。

　　期望单端负载导纳Y=1/75-J（1/227）=0.013-J0.0044 Seimens（并联电路一般用导纳表示）。

　　1.4 设置Smith-Chart工具

　　我们的目的是把单端LNA输入阻抗（Z=42.5-J55 0hms ）通过匹配网络使其导纳等于期望单端负载的导纳（Y=0.013-J0.0044 Seimens），在Smith-chart工具上我们能很容易找到这两个点。

　　我们可以通过Smith-chart工具很容易得到匹配值。打开Smith-Chart工具，我们需要设置以下参数：

　　1）设置参考阻抗为500hms ;2）设置频率为881MHZ;3）设置初始阻抗值为Z=42.5-J550hms 。

　　1.5 利用Smith-Chart工具得到单端匹配值

　　

　　图4 Smith-Chart工具界面
 

　　如图4，在Smith-Chart工具界面上的点1就是我们初始阻抗Z的位置，我们需要把它匹配到Y=0.013-J0.0044的位置。我们先可以串联一个电感把实部定位到Y=0.013的导纳圆上，然后我们在并联一个电感把虚部定位到Y=-J0.0044的位置上。这样我们就找到的目标点3.我们能在工具界面中看到串联电感值Ls=3nH，并联电感值Lp=11.2nH，由于实际应用中没有11.2nH这个电感值，我们取Lp=11nH，这样我们就得到了单端匹配电路的值，等效电路如图5所示。

　　

　　图5 单端匹配电路

　　1.6 计算差分匹配电路值

　　在1.5中我们得到了单端匹配电路的值，我们实际需要的是差分匹配电路的值，因此我们还需要把单端匹配网络转换成差分匹配网络，转换步骤如下图6所示：

　　

　　图6 单端网络转换到差分网络

　　其中：Zd1=Zs1;Zd2=2×Zs2，如果Z是电感；Zd2=1/2×Zs2，如果Z是电容。

　　最后我们能得到差分匹配电路的值：

　　串联电感值为L1=L2=3nH;并联电感值为L3=22nH.

　　如图7所示：

　　

　　图7 差分匹配电路。

　　当然这只是理论计算值，实际的值我们还需要根据仪器的测试结果来调试，本文就不介绍具体调试方法了。