应用笔记 2869

调谐MAX2530 LNA用于450MHz CDMA2000


摘要 : 本篇应用笔记描述了如何调谐MAX2530 LNA使其工作在450MHz CDMA的应用中。文中给出了它在450MHz的性能和特性,还提供了实际电路和测试数据。

概述

生产蜂窝电话的公司现在正在为欧洲市场设计450MHz的CDMA手机,这一频段在欧洲从前是用于模拟通信的。开发450MHz CDMA蜂窝电话或无线调制解调器的RF设计者们面临着挑战,他们要选择具有最佳性能的前端芯片组来满足系统规范。

MAX2530接收机RF前端IC,使用Maxim先进的SiGe工艺,最初是为蜂窝频段和PCS频段的应用设计的。在450MHz CDMA中,低噪声放大器(LNA)的NF (噪声系数)和IIP3 (三阶输入截取点)对于灵敏度和单音干扰效应是十分关键的。本文给出了在450MHz cdma2000®中使用MAX2530的调谐方法和测试数据。

设计条件

使用外部匹配元件,按照下面的条件重新调谐MAX2530的蜂窝LNA:
  • 工作频率 = 463MHz至467.5MHz
  • 增益 = 13.8dB至14.5dB
  • NF = 1.8dB至2.2dB
  • IIP3 = 4.0dBm至5.0dBm
  • |S11| = < -10dB
  • |S22| = < -10dB

调谐方法

LNA的IIP3和NF受到输入输出匹配电路和静态偏置电流的影响。对LNA进行调谐的时候,将一个微波调谐器放在LNA的输入或输出上,对其进行调节得到最佳的性能。然后拿走调谐器,按照有调谐器时得到的输入输出回波损耗和阻抗调整相关的匹配元件。这个过程在每个端口进行一次(也就是说,最佳输入匹配被确定和固定下来后再转移到输出端口进行调谐)。作为附加的可变量,用一个20kΩ的电位计取代RBIAS,这样就能在任何给定的匹配下很快确定最佳偏置。

结果

对许多种匹配元件和偏置设置的组合情况(大约40种不同的组合)进行测试后得到几种可能的方案。其中一种组合方案的测试结果如下面所示:

方案A
  • VCC = 3.0VDC
  • ICC = 42.2mA
  • 增益 = 14.0dB
  • NF = 2.3dB
  • IIP3 = 5.6dBm
  • S11 = -12.5dB
  • S22 = -8.1dB
图1.
图1.

得到的噪声系数超过了目标要求0.1dB,而PCB的SMA连接器到DC阻塞电容之间在465MHz具有大约0.06dB的插入损耗,这一损耗并没有在测量当中去除,所以真正的NF大约为2.24dB.

另一种与上述方案稍微不同的输入匹配和偏置设置可以小幅度地改善NF但是恶化了IIP3。

方案B
  • VCC = 3.0VDC
  • ICC = 40.5mA
  • 增益 = 14.0dB
  • NF = 2.23dB
  • IIP3 = 5.0dBm
  • S11 = -13.8dB
  • S22 = -8.0dB
图2.
图2.

从噪声系数中减去插入损耗得到大约2.17dB

对于上面的两种匹配来说,偏置设置确实影响了NF和IIP3。提高偏置电阻值能够减小偏置电流并改善NF (低至1.8dB)但是会恶化线性度。可以用这种方法在两个参数之间作出平衡的选择以满足系统要求。如果需要更多的线性度而可以忍耐较高的噪声系数,就使用较小的偏置电阻。不幸的是,线性度对于偏置的变化比NF敏感的多,所以调节的范围和效果受到了限制。

下面的表格显示了上述两种方案的一些情况
Parameter Maxim Objective Solution A (MAX2530) Solution B (MAX2530) Units
VCC 3.0 3.0 3.0 VDC
ICC tbd 42.2 40.5 mA
Gain 13.8 to 14.5 14.0 14.0 dB
NF 1.8 to 2.2 2.24 2.17 dB
IIP3 4.0 to 5.0 5.6 5.0 dBm
|S11| < -10 -12.5 -13.8 dB
|S22| < -10 -8.1 -8.0 dB

接收机系统的级联分析

基于上述MAX2530 LNA和混频器的最佳测试结果,用电子表格文件完成接收机系统的级联分析,结果表明Eb/Nt = 5.0dB,这满足了系统规范Eb/Nt = 4.3dB的要求而且还有0.7dB的余量。

参考文献
  1. "3rd Generation Partnership Project 2, Recommend Minimum Performance Standards for cdma2000 Spread Spectrum Mobile Stations."
  2. Ali-Ahmad, Walid Y., "RF system issues related to CDMA receiver specification," RF Design, September, 1999.

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