簡介

S-GPS（同步全球定位系統(tǒng)）是 GPS 信號的接收和手機語音或數(shù)據(jù)信號的傳輸在同一時間發(fā)生的操作。語音或數(shù)據(jù)傳輸中的干擾信號可能會泄漏到 GPS 接收器的通路中，并會因接收器的低噪聲放大器或接收器后端的過載而影響接收器的靈敏度。

這對手機設計人員構成了一大挑戰(zhàn)。設計人員需要對微弱傳入的 GPS 信號，同時還有語音或數(shù)據(jù)傳輸中的強干擾信號保持 GPS 接收器的靈敏度。這需要 GPS 接收器前端針對微弱的 GPS 信號具有低噪聲系數(shù)和高增益，同時還能非常有效地阻斷強干擾信號。

低插入損耗、高阻斷能力的 FBAR 濾波器

與低噪聲放大器集成一體通過安放一個前置濾波器即可阻止泄漏到 GPS 接收通路中的強干擾信號。根據(jù) Friis 方程，第一級的噪聲系數(shù)或插入損耗將對接收器鏈路的噪聲系數(shù)起著主導作用，為后級提供合理的增益。因此，將低插入損耗、高帶外抑制的濾波器與低噪聲、高增益和良好線性度的放大器集成一體，對實現(xiàn)上一段中所提到的目標能起重要作用 。

Avago Technologies 的 GPS 前端模塊由 FBAR 濾波器和GaAs E-pHEMT（增強模式偽形態(tài)高電子遷移率晶體管）低噪聲放大器組成。FBAR 是由 Avago Technologies 開發(fā)的一項具有突破性的諧振器技術。這一技術能用來生產(chǎn)Q 值（品質(zhì)因數(shù)）極高的小型化濾波器。優(yōu)異的 Q 值轉(zhuǎn)換成一個非常陡然的濾波器頻率響應跌落或極好的不同頻道信號傳輸抑制。有了集成濾波器，該模塊即可對干擾信號實現(xiàn)卓越的不同頻道信號傳輸抑制。這是在 1.575GHz的 GPS 信號附近過濾掉所有的干擾信號，同時保持放大器的低噪聲系數(shù)必不可少的一個特征。例如，衛(wèi)星電話通信頻帶使用的是 1.62GHz信號，非常接近于 GPS 頻率。因此，需要一個具有非常陡然的頻率響應跌落的過濾器來阻斷 1.62GHz 信號，同時又不顯著衰減帶內(nèi) GPS 信號。

由于噪聲系數(shù)始終受制于接收通路的第一級，因而將低插入損耗 FBAR 濾波器集成到模塊的第一級中，隨后放置 GaAs 低噪聲放大器，即可產(chǎn)生一個噪聲系數(shù)非常低、帶內(nèi)阻斷能力高的 GPS 放大器模塊。

射頻性能

表 1 歸納了一些帶有不同前置濾波器、后置濾波器和放大器組合的 Avago Technologies GPS 模塊的射頻性能。ALM-1912 和 ALM-2712 都在第一級設有 FBAR 濾波器，隨后放置低噪聲放大器。ALM-2712 比 ALM-1912 多了一個后置濾波器。ALM-1412 則以低噪聲放大器和后置濾波器為組合。

參見表 1，ALM-1912 和 ALM-2712 對于干擾信號表現(xiàn)出明顯的阻斷能力。ALM-1912 和 ALM-2712 的帶外輸入 P1dB 在蜂窩頻段、PCS 頻段和無線頻段均遠遠優(yōu)于 LNA 之前沒有濾波器的 ALM-1412。高頻率響應跌落 P1dB 表明該模塊能夠在強干擾信號存在的情況下工作，不會導致放大器飽和。

測量和測試設置

另一項測量是為了比較 3 個模塊阻斷干擾信號的能力。該測量旨在監(jiān)測模塊的噪聲系數(shù)隨一定功率電平的干擾信號存在而發(fā)生的退化。在這一測量中，干擾信號的頻率為 1.62GHz，接近于 GPS 頻率并會給 GPS 頻率噪聲系數(shù)帶來最顯著的影響。圖 2 顯示了該測量的測試設置。

處于干擾頻率的 CW 信號（干擾信號）是由信號發(fā)生器產(chǎn)生的。干擾信號和噪聲源相結合共同使用一個功率合成器，并被一起饋送到 GPS 模塊，以測量模塊的噪聲系數(shù)。

在干擾信號與噪聲源結合之前，由外部前置放大器放大干擾信號以提高信號的功率電平。噪聲系數(shù)分析儀能在非常低的噪聲基底測量或接收信號。因此，任何來自干擾源的額外噪聲都很重要并將被納入噪聲系數(shù)測量之中。噪聲基底高的干擾源在 GPS 頻率中可能會最終導致測量干擾源的噪聲基底，而不是測量模塊的噪聲系數(shù)。為了確保在噪聲系數(shù)測量中沒有包括額外的噪聲基底，可通過濾波器衰減 GPS 頻率的干擾信號，以便抑制這個頻率的信號/噪聲。

正如上一段中所討論的，必須在 GPS 頻率對干擾信號的噪聲基底進行高效抑制，以使本測試得以正確而精準的測量。參見圖 2，一個帶通濾波器被置于干擾信號源處，可過濾干擾信號的諧波。此外，還有兩個陷波濾波器被置于帶通濾波器之后，可在 GPS 頻率中抑制干擾信號的噪聲基底。圖 3 顯示了 2 個級聯(lián)陷波濾波器和 1 個帶通濾波器的頻率響應。級聯(lián)濾波器在1.575GHz 達到 100dB 的衰減，并在 1.62GHz 的干擾信號頻率中實現(xiàn)低損耗。

對于 DTU（被測裝置）／GPS 模塊之后的測試設置，GPS 帶通濾波器應置于噪聲系數(shù)分析儀之前，以阻止強干擾信號進入噪聲系數(shù)分析儀。這將有助于避免分析儀遭受強干擾信號引起的過載。

討論和測量結果

圖 4 顯示了模塊噪聲系數(shù)在 1.62GHz 強干擾信號背景中的退化。退化是以沒有干擾信號時的模塊噪聲系數(shù)作為參考依據(jù)的。結果是基于圖 2 所示的測試設置所測量的。

ALM-1412 沒有將前置濾波器設為第一級，噪聲系數(shù)在干擾信號達到 -10dBm 的功率電平前就降低了 1dB以上。ALM-1912 和 ALM-2712 均未在功率電平高達20dBm 的強干擾信號時顯示噪聲系數(shù)退化。

由此可見，帶前置濾波器的 GPS 模塊對強干擾信號具有更好的抑制作用。這個示例中所測得的數(shù)據(jù)顯示，帶前置濾波器的 ALM-1912 和 ALM-2712 在強干擾信號存在的情況下要比放大器前沒有前置濾波器的 ALM-1412 具有更好的穩(wěn)固性。

綜述

總的來說，在第一級中集成 FBAR 濾波器將受益于卓越的帶外抑制，并對干擾信號表現(xiàn)出更加穩(wěn)定的噪聲系數(shù)性能。FBAR 濾波器的低插入損耗也有助于放大器實現(xiàn)最低的噪聲系數(shù)退化。結果顯示，帶有插入損耗低、帶外抑制高的 FBAR 前置濾波器的 GPS 放大器模塊不愧為一個很好的 GPS 接收鏈路解決方案。此外，所有元件都集成到一個小型模塊封裝中，減少了所需的電路板空間并縮短了設計周期。

參考文獻

• D.Orban 和 T.Eyerman 撰寫的“GPS Antenna LNA”（《GPS 天線 LNA》）
• 應用說明 AN- 5240：“ALM-1106 as a 1.575 GHz GPSLow Noise Ampli?er”（《ALM- 1106 作為 1.575GHz GPS 低噪聲放大器》）
• Allen Chien 和 Won Kyu Kim 撰寫的“Improving S-GPS sensitivity”（《提高 S-GPS 靈敏度》）S-GPS_sensitivity-article-farr_avago_jun2008-html.aspx)