GPS之Pre-SAW與Post-SAW的探討完整

AuthorAuthor:Process2.046MHz計算，其NoiseFloor大約-110dBm，此時SNR是負(fù)的，訊號淹沒在NoiseFloor之下。然而，因為GPS為展頻通訊[69]:接收訊號最小可以到-153dBm-147OneJammerandNoiseFigure由于GPS因此其接收訊號強度并不會大到足以使其LNAGPS只有單一Channel，換言之，會使LNA飽和的，皆為帶外噪聲。以手機而言，因為里面會有許多射這使得Co-existenceGPSRF訊號干擾，是一大挑戰(zhàn)。我們以DCS18001710MHz~1785MHz，很接近于GPS1575.42MHz如上圖[1]，假設(shè)DCS180030dBm15dB，濾波器的40dB，那么進(jìn)入GPS接收器的DCS1800訊號強度為因此該DCS1800的訊號，并不會使GPS但反過來說，若無SAWFilter的抑制，則進(jìn)入GPS接收器的DCS1800訊號強度15dBm，肯定會使GPSSAWFilter是必須的。如下圖[73]:由于一般在手機應(yīng)用中，2G/3G/4G與GPS的WTR4905由Friisformula體的NoiseFigure[73]。因此GPS天線到接收器這段很長的走線，會大幅提高其接收路徑整體的NoiseFigure。同時也由上式可知，LNANoiseFigure可忽略不計[73]eLNA(ExternalLNA)F1，另eLNA后端NoiseFigure對靈敏度的影響。以降低接收路徑整體的NoiseFigure，來提升靈敏度[20,33,73]。eLNANoiseFigure，都會反映在接收路徑整體的NoiseFigure。我們由下圖為例，所計算出來的接收路徑整體NoiseFigure7dB:所計算出來的接收路徑整體NoiseFigure1.8dB:dB(7-1.8=5.2)5.2dB的提升。如前述，因為GPS訊號極其微弱，而也已由前述分析可知，eLNA對靈敏度確實有提升作用。因此在GPSeLNA[33]:然而，eLNA之所以能提升靈敏度，主要原因是縮減了接收機前端的Insertion3.2dB，亦即靈敏度的改善情況大打折扣。eLNA時，必須離GPS天線越近越好而靈敏度的改善，對于TTFF(TimeToFirstFix)的縮減，也會有所改善，亦即用戶定位時的速度會較快[1]。以Qualcomm8系列平臺為例，其TTFF大概可50秒之內(nèi)。當(dāng)然，其GPSeLNA前方，依然要放SAWFilter，以前述的DCS1800訊號為1.8dBm[74]。換言之，若加了SAWFilter，則該DCS1800訊號，并不會使eLNA飽和。反之，若未加SAWFilterDCS1800eLNA若外來噪聲過大時，會使LNA飽和，導(dǎo)致Gain下降，其噪聲的強度越強，則Gain就下降越多，如下圖[77]:而由前述Friisformula得知，若GainNoiseFigure就會越大，亦即靈敏度越差。若LNA的Gain降為零，即GPS訊號經(jīng)過LNA時，完全不會被放大，加上GPS訊號極其微弱，因此有可能被NoiseFloor淹沒，此時除此之外，LNA飽和會使整體NoiseFloor上升，亦即SNR下降，則靈敏度也會變差。因此GPSeLNA前方的SAWFilter是必要的。另外，一般而言，LNA并非只會放大帶內(nèi)訊號，以Infineon的BGA725L6為例[75]GPS訊號的LNA15501615MHz，但實際于前述的DCS180015dB的Gain。eLNA輸出的DCS1800-10dBmQualcomm的WTR1605為例[72]，其GPS接收器的P1dB為-13dBm，亦即該DCS1800eLNA后方，再多加一顆SAWFilter，來保護(hù)接收機。由下圖計算結(jié)果得知，此時進(jìn)入接收機的DCS1800訊號，大約為-50dBm，遠(yuǎn)低于接收機的P1dB，并不會有飽和的風(fēng)險。因此在GPSeLNA的前后端，多半都會各加一顆SAWFilter[33]eLNA前方的SAWFilterPre-SAWeLNA后方的SAWFilter，Post-SAW。而已由前述分析可知，Pre-SAWeLNA，而Post-SAW的作用是保護(hù)接收機。一般而言，對SAWFilter而言，InsertionLoss小，其帶外噪聲的抑制能力就會1dB。因此在挑選Pre-SAW時，需犧牲一點帶外噪聲的抑制能力，挑選InsertionLoss較小的[76]。TDKSAWFilterB3522跟B8313TwoJammers因為會剛好座落在訊號頻率范圍，如下圖[78]:IMD3，其頻率為(2x1713)–1851=1575，正好為GPS的訊號頻率。IMD3會提升GPS訊號的NoiseFloor，使得SNR下降，且一路伴隨著GPS訊號降頻為基頻，劣化靈敏度。eLNA的線性度很好，但若接收機線性度不好，一樣會產(chǎn)生IMD3收機飽和，但因為GPS訊號太過微弱，故這兩者所產(chǎn)生的IMD3，仍會劣化靈敏Filter是無法濾除的，因此必須特別注意IMD3。而由[81]可知，IMD3的公式如下:f1跟f2的強度可以大幅衰減，則IMD3便可大大降低。因此再次驗證，將GPS2G/3G/4G的主天線，是有必要的，因為可透eLNA對GPS訊號的危害。響靈敏度。故再次驗證SAWFiltereLNA跟接收機的線性度IMD3的危害。因此，Pre-SAW可幫忙舒緩對eLNA的線性度Post-SAW可幫忙舒緩對接收機的線性度要求[73]。eLNAeLNA的GainNoiseFigure就會越大，亦eLNA的Gain應(yīng)該越大越好?IIP3公式[78eLNA的GainIIP3就會越小。換言之，eLNA的GainNoiseFigure有關(guān)，也跟IIP3有關(guān)。我們將其畫成下圖[73]:由上圖可知，eLNA的GainNoiseFigure，但是會有極限。以上圖為例，當(dāng)Gain15dB時，其Gain的增加，幾乎無助于接收機整體NoiseFigure的降低。但eLNA的Gain越大，會使得接收機整體eLNA的Gain15dBNoiseIMD3對GPSIIP3IMD3的能力就越差，亦即對GPS靈敏度的危害就越大，也就是說，線性度劣化，同樣會導(dǎo)致靈敏度eLNA的GainNoiseFigureeLNA的要求，一般如下圖因此以AVAGO的ALM-1106為例 SAWFilteratPA由[79]WCDMA的Band1Tx訊號，其兩旁頻這會大幅提升GPS的NoiseFloor，使其靈敏度變差。所以，為保險起見，最好在WCDMABand1PA輸入端，放置SAWTx訊號的兩旁頻譜，提升GPS的NoiseFloor若考慮SAWFilterCo-layoutSAWFilter對靈敏度有無影響。但LayoutSAWFilterbypass的功能，但實際Layout上，在走SAWFilter這路時(0奧姆電阻拔除時)SAWFilter輸入輸出端，會有殘段，很可能原本Matching150奧姆，但之后又因為Stub1使阻抗偏移，導(dǎo)致SAWFilter50奧姆。則Matching2未必能調(diào)得回來。如此一來，會使得SAWFilter輸入輸出阻抗，50奧姆，進(jìn)而改變其頻率響應(yīng)，加大其InsertionLoss，劣化其帶外噪聲LossMatching可以調(diào)回來的。另外，RFSAWFilterSAWFilter0奧姆電阻這路時(SAWFilter拔除時)，Stub1Stub2，會造成阻抗偏移。且如前述所言，Matching2及VCOPullingStub1Stub2造成的StubeffectInsertionLoss，這就不是Matching可以調(diào)回來的。所以采用Co-layoutStubEffect0分支點必須極靠近SAW0奧姆電 必須極靠近分支此外，在擺放SAWFilter如上圖，倘若離收發(fā)器過遠(yuǎn)，那么SAWFilterTx訊號，很可能會耦合到GPS走線，加上未經(jīng)過SAWFilter的TX訊號，其兩旁頻譜較大，如此很可能會干擾到GPSPA輸入能量較小，但對于極微弱的GPS訊號，依舊是很大的威脅。因此SAWFilterTx訊號從收發(fā)器出來后，其兩旁頻譜便可馬上透過SAWFilter抑制，進(jìn)而減少GPS靈敏度劣化CrossPre-SAWPost-SAW的LNAModule[82IIP3的要求。而Post-SAWIIP3的要求。且采用這種LNAModulePCBeLNA輸入端跟輸出端的Matching由[78]可知，WCDMA或FDD-LTETxRx會同時運作，所以會有Tx而前述已知，一般在手機應(yīng)用中，2G/3G/4G與GPS，都是同一個接收機，如Qualcomm的WTR4905GPSWCDMA或FDD-LTERx走線，亦即其TxLeakageGPS走線，如下圖[78]:當(dāng)然，如前述，為了加強GPSRF功能的隔離度，故GPS天線會離接收機很遠(yuǎn)，且為了縮減接收機整體NoiseFigureeLNA會離GPS天線很近，之，接收機的輸入端，會有三個訊號:GPS訊號、外來噪聲、TxLeakage。如前述，外來噪聲跟TxLeakageGPS訊號故還會額外產(chǎn)生XMOD(CrossModulation)[78]:由上圖可知，XMOD的頻率點位置，會很鄰近GPS訊號。且由下圖可知，XMODIMD3還大。換言之，外來噪聲與TxLeakageGPSIMD3跟XMOD，且一路伴隨著GPS而XMOD的公式如下敏度的危害。由下圖便清楚得知，有無TxLeakageGPS訊號的NoiseFloor當(dāng)然，TxLeakage是一定會存在，因此只能盡可能壓制。例如加強雙工器的Isolation，不論是透過料件挑選，或是Layout的改善。由下圖可知，雙工器的Isolation變大，則XMOD就會變小[78]:以及如前述，使GPS走線，遠(yuǎn)離WCDMA或FDD-LTE接收走線，如此耦合到接收機輸入端的TxLeakage，亦可大大降低。須仰賴Post-SAW對TxLeakageIMD3跟XMOD對靈敏度的危害，如下圖:其Post-SAW對于TxLeakage40dB的抑制能力，依據(jù)前述公式計算，可使IMD3與XMOD80dBPre-SAWPost-SAW的因此，在手機應(yīng)用中，采用LNAModulePost-SAW對于TxLeakage40dB的抑制能力，其IMD3與XMOD80dB，這對微弱的GPS訊號而言，當(dāng)然是極大危害。由[84]可知，IIP3與P1dB的對應(yīng)關(guān)系如下:將上表參數(shù)，帶入XMO