码分多址低噪声放大器的研究与设计

 

移动通信技术是现代通信技术和计算机技术高度发展和相互结合的产物。随着数字化信息技术的广泛应用，现代通信技术正以前所未有的高速度发展，移动通信也正沿着多址通信的方向发展。CDMA(码分多址)与FDMA(频分多址)和TDMA(时分多址)相比，具有系统容量大而且配置灵活、频谱利用率高、软切换、保密性能好的优点。基于这些优点CDMA技术得到了广泛的应用。

CDMA低噪声放大器作为CDMA接收机的第一级，直接决定了整机的噪声系数，从而很大程度上决定了接收机灵敏度。因此噪声系数小、增益高、带内平坦、高线性的CDMA低噪声放大器成为CDMA收发信机的一个重要组成部分。

CDMA低噪声放大器的研究与设计

CDMA低噪声放大器电路的基本原理

该低噪声放大器功能框图如图1所示。为满足50dB的高增益，该低噪声放大器采用四级放大AMP1、AMP2、AMP3和AMP4；为了得到很好的输入输出驻波比，在输入端使用了隔离器ISOLATOR1，在输出端使用了隔离器ISOLATOR2。为了抑制带外的各种杂散信号，使用了工作于该频段的抑制度较高的声表面滤波器SAWFILTER；为了实现增益可调节使用了数控衰减器ATT1；为了实现输出功率自动控制，使用了压控衰减器ATT2。

图1 CDMA低噪声放大器框图

该电路可划分为三个小单元:电源处理电路、监控处理电路、射频(RF)链路。电源处理电路采用开关电源LM7805，将外部提供的9V电压转换为各个芯片工作所需要的5V电压。LM7805具有转换效率高，可允许输入电压动态范围大的特点；监控处理电路实现与上位机的RS485通信接口、输出信号功率检测、模块增益调节和自动电平控制(ALC)。

RF链路工作原理如图1所示。首先，输入隔离器ISOLATOR1实现良好的输入驻波比性能，输入信号然后经过AMP1、AMP2两级放大，接着经过声表面滤波器SAW对带外信号进行抑制，再经过AMP3第三级放大后，经过实现增益可调节的数控衰减器ATT1，经过实现自动电平控制压控衰减器ATT2，再经过AMP4第四级放大，在AMP4后分一小部分能量给检波器实现输出功率检测，主信号最后通过输出隔离器ISOLATOR2输出。

CDMA低噪声放大器设计关键问题及解决措施

低噪声、高增益的第一级和第二级放大器的设计

根据噪声系数的级连公式NFtot(m)=NF1+(N F2-1)/A v1+…+(N Fm-1)/Av1…A v(m-1) (其中NFtot (m)为m级总的噪声系数、NFm为第m级的噪声系数、Avm为第m级的增益。)，整个放大器的噪声系数主要由第一级和第二级所决定。具有低噪声和高增益的第一级和第二级放大器的设计是整个低噪声放大器设计的难点。使用Agilent的Advanced Design System(ADS)对AMP1和AMP2进行噪声和增益的S参数仿真，得到的结果如图2和图3所示。

图2 AMPI的噪声和增益仿真结果

图3 AMP2的噪声与增益仿真结果

通过声表面滤波器提高带外抑制性能和加入

声表面滤波器后带内波动的调节声表面滤波器具有体积小、过滤带较陡、选择性好的特点。加入声表面滤波器提高了低噪声放大器带外抑制性能，改善了频率选择性。同时由于声表面滤波器本身带内波动和带外抑制是一对相矛盾的指标，所以加入声表面滤波器后该低噪声放大器的带内波动指标通常变得较差。所以必须在矢量网络分析仪上单独测得声表面滤波器的S11和S22，加入输入和输出匹配网络，来改善带内波动。

线性度及其他问题考虑

为了保证该低噪声放大器具有较小的非线性失真，要选用高OIP3的器件，尤其是最后一级放大器AMP4。

在低噪声放大器设计中还应考虑监控，通过通信接口实现增益调节、自动电平控制和输出功率检测等。电磁屏蔽也是一个不可忽略的问题，采用铝制屏蔽盒隔离空间电磁场的干扰、防止射频信号泄露，同时将射频电路、供电电路、监控电路用隔条隔开，防止它们相互之间的干扰。最终设计出的低噪声放大器具有低噪声、高增益、高线性、带内平坦度好等性能。

测试与结果

通过对电路的连接调试，使用数字信号源、频谱分析仪、矢量网络分析仪和噪声系数分析仪测得的该低噪声放大器的各项指标如表1。表1中带内波动和三阶互调的频谱仪截图如图4和图5所示。

表1 低噪声放大差的性能

图4 低噪声放大器的带内波动测试结果

图5 低噪声放大器的三阶互调测试结果　

结束语

CDMA(码分多址)蜂窝移动通信是近年来世界上迅速发展的用于数字蜂窝移动通信的一种先进扩频通信技术，具有辐射小、通话质量好、保密性高等优点。几乎全球各大电信设备制造公司都提供CDMA系统设备，而CDMA低噪声放大器是CDMA收发信机中极其重要的部件。