GPS之Pre-SAW与Post-SAW的探讨完整

AuthorAuthor:Process2.046MHz计算，其NoiseFloor大约-110dBm，此时SNR是负的，讯号淹没在NoiseFloor之下。然而，因为GPS为展频通讯[69]:接收讯号最小可以到-153dBm-147OneJammerandNoiseFigure由于GPS因此其接收讯号强度并不会大到足以使其LNAGPS只有单一Channel，换言之，会使LNA饱和的，皆为带外噪声。以手机而言，因为里面会有许多射这使得Co-existenceGPSRF讯号干扰，是一大挑战。我们以DCS18001710MHz~1785MHz，很接近于GPS1575.42MHz如上图[1]，假设DCS180030dBm15dB，滤波器的40dB，那么进入GPS接收器的DCS1800讯号强度为因此该DCS1800的讯号，并不会使GPS但反过来说，若无SAWFilter的抑制，则进入GPS接收器的DCS1800讯号强度15dBm，肯定会使GPSSAWFilter是必须的。如下图[73]:由于一般在手机应用中，2G/3G/4G与GPS的WTR4905由Friisformula体的NoiseFigure[73]。因此GPS天线到接收器这段很长的走线，会大幅提高其接收路径整体的NoiseFigure。同时也由上式可知，LNANoiseFigure可忽略不计[73]eLNA(ExternalLNA)F1，另eLNA后端NoiseFigure对灵敏度的影响。以降低接收路径整体的NoiseFigure，来提升灵敏度[20,33,73]。eLNANoiseFigure，都会反映在接收路径整体的NoiseFigure。我们由下图为例，所计算出来的接收路径整体NoiseFigure7dB:所计算出来的接收路径整体NoiseFigure1.8dB:dB(7-1.8=5.2)5.2dB的提升。如前述，因为GPS讯号极其微弱，而也已由前述分析可知，eLNA对灵敏度确实有提升作用。因此在GPSeLNA[33]:然而，eLNA之所以能提升灵敏度，主要原因是缩减了接收机前端的Insertion3.2dB，亦即灵敏度的改善情况大打折扣。eLNA时，必须离GPS天线越近越好而灵敏度的改善，对于TTFF(TimeToFirstFix)的缩减，也会有所改善，亦即用户定位时的速度会较快[1]。以Qualcomm8系列平台为例，其TTFF大概可50秒之内。当然，其GPSeLNA前方，依然要放SAWFilter，以前述的DCS1800讯号为1.8dBm[74]。换言之，若加了SAWFilter，则该DCS1800讯号，并不会使eLNA饱和。反之，若未加SAWFilterDCS1800eLNA若外来噪声过大时，会使LNA饱和，导致Gain下降，其噪声的强度越强，则Gain就下降越多，如下图[77]:而由前述Friisformula得知，若GainNoiseFigure就会越大，亦即灵敏度越差。若LNA的Gain降为零，即GPS讯号经过LNA时，完全不会被放大，加上GPS讯号极其微弱，因此有可能被NoiseFloor淹没，此时除此之外，LNA饱和会使整体NoiseFloor上升，亦即SNR下降，则灵敏度也会变差。因此GPSeLNA前方的SAWFilter是必要的。另外，一般而言，LNA并非只会放大带内讯号，以Infineon的BGA725L6为例[75]GPS讯号的LNA15501615MHz，但实际于前述的DCS180015dB的Gain。eLNA输出的DCS1800-10dBmQualcomm的WTR1605为例[72]，其GPS接收器的P1dB为-13dBm，亦即该DCS1800eLNA后方，再多加一颗SAWFilter，来保护接收机。由下图计算结果得知，此时进入接收机的DCS1800讯号，大约为-50dBm，远低于接收机的P1dB，并不会有饱和的风险。因此在GPSeLNA的前后端，多半都会各加一颗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的作用是保护接收机。一般而言，对SAWFilter而言，InsertionLoss小，其带外噪声的抑制能力就会1dB。因此在挑选Pre-SAW时，需牺牲一点带外噪声的抑制能力，挑选InsertionLoss较小的[76]。TDKSAWFilterB3522跟B8313TwoJammers因为会刚好座落在讯号频率范围，如下图[78]:IMD3，其频率为(2x1713)–1851=1575，正好为GPS的讯号频率。IMD3会提升GPS讯号的NoiseFloor，使得SNR下降，且一路伴随着GPS讯号降频为基频，劣化灵敏度。eLNA的线性度很好，但若接收机线性度不好，一样会产生IMD3收机饱和，但因为GPS讯号太过微弱，故这两者所产生的IMD3，仍会劣化灵敏Filter是无法滤除的，因此必须特别注意IMD3。而由[81]可知，IMD3的公式如下:f1跟f2的强度可以大幅衰减，则IMD3便可大大降低。因此再次验证，将GPS2G/3G/4G的主天线，是有必要的，因为可透eLNA对GPS讯号的危害。响灵敏度。故再次验证SAWFiltereLNA跟接收机的线性度IMD3的危害。因此，Pre-SAW可帮忙舒缓对eLNA的线性度Post-SAW可帮忙舒缓对接收机的线性度要求[73]。eLNAeLNA的GainNoiseFigure就会越大，亦eLNA的Gain应该越大越好?IIP3公式[78eLNA的GainIIP3就会越小。换言之，eLNA的GainNoiseFigure有关，也跟IIP3有关。我们将其画成下图[73]:由上图可知，eLNA的GainNoiseFigure，但是会有极限。以上图为例，当Gain15dB时，其Gain的增加，几乎无助于接收机整体NoiseFigure的降低。但eLNA的Gain越大，会使得接收机整体eLNA的Gain15dBNoiseIMD3对GPSIIP3IMD3的能力就越差，亦即对GPS灵敏度的危害就越大，也就是说，线性度劣化，同样会导致灵敏度eLNA的GainNoiseFigureeLNA的要求，一般如下图因此以AVAGO的ALM-1106为例 SAWFilteratPA由[79]WCDMA的Band1Tx讯号，其两旁频这会大幅提升GPS的NoiseFloor，使其灵敏度变差。所以，为保险起见，最好在WCDMABand1PA输入端，放置SAWTx讯号的两旁频谱，提升GPS的NoiseFloor若考虑SAWFilterCo-layoutSAWFilter对灵敏度有无影响。但LayoutSAWFilterbypass的功能，但实际Layout上，在走SAWFilter这路时(0奥姆电阻拔除时)SAWFilter输入输出端，会有残段，很可能原本Matching150奥姆，但之后又因为Stub1使阻抗偏移，导致SAWFilter50奥姆。则Matching2未必能调得回来。如此一来，会使得SAWFilter输入输出阻抗，50奥姆，进而改变其频率响应，加大其InsertionLoss，劣化其带外噪声LossMatching可以调回来的。另外，RFSAWFilterSAWFilter0奥姆电阻这路时(SAWFilter拔除时)，Stub1Stub2，会造成阻抗偏移。且如前述所言，Matching2及VCOPullingStub1Stub2造成的StubeffectInsertionLoss，这就不是Matching可以调回来的。所以采用Co-layoutStubEffect0分支点必须极靠近SAW0奥姆电 必须极靠近分支此外，在摆放SAWFilter如上图，倘若离收发器过远，那么SAWFilterTx讯号，很可能会耦合到GPS走线，加上未经过SAWFilter的TX讯号，其两旁频谱较大，如此很可能会干扰到GPSPA输入能量较小，但对于极微弱的GPS讯号，依旧是很大的威胁。因此SAWFilterTx讯号从收发器出来后，其两旁频谱便可马上透过SAWFilter抑制，进而减少GPS灵敏度劣化CrossPre-SAWPost-SAW的LNAModule[82IIP3的要求。而Post-SAWIIP3的要求。且采用这种LNAModulePCBeLNA输入端跟输出端的Matching由[78]可知，WCDMA或FDD-LTETxRx会同时运作，所以会有Tx而前述已知，一般在手机应用中，2G/3G/4G与GPS，都是同一个接收机，如Qualcomm的WTR4905GPSWCDMA或FDD-LTERx走线，亦即其TxLeakageGPS走线，如下图[78]:当然，如前述，为了加强GPSRF功能的隔离度，故GPS天线会离接收机很远，且为了缩减接收机整体NoiseFigureeLNA会离GPS天线很近，之，接收机的输入端，会有三个讯号:GPS讯号、外来噪声、TxLeakage。如前述，外来噪声跟TxLeakageGPS讯号故还会额外产生XMOD(CrossModulation)[78]:由上图可知，XMOD的频率点位置，会很邻近GPS讯号。且由下图可知，XMODIMD3还大。换言之，外来噪声与TxLeakageGPSIMD3跟XMOD，且一路伴随着GPS而XMOD的公式如下敏度的危害。由下图便清楚得知，有无TxLeakageGPS讯号的NoiseFloor当然，TxLeakage是一定会存在，因此只能尽可能压制。例如加强双工器的Isolation，不论是透过料件挑选，或是Layout的改善。由下图可知，双工器的Isolation变大，则XMOD就会变小[78]:以及如前述，使GPS走线，远离WCDMA或FDD-LTE接收走线，如此耦合到接收机输入端的TxLeakage，亦可大大降低。须仰赖Post-SAW对TxLeakageIMD3跟XMOD对灵敏度的危害，如下图:其Post-SAW对于TxLeakage40dB的抑制能力，依据前述公式计算，可使IMD3与XMOD80dBPre-SAWPost-SAW的因此，在手机应用中，采用LNAModulePost-SAW对于TxLeakage40dB的抑制能力，其IMD3与XMOD80dB，这对微弱的GPS讯号而言，当然是极大危害。由[84]可知，IIP3与P1dB的对应关系如下:将上表参数，带入XMO