アプリケーションノート 2869

450MHzのCDMA2000の動作用にMAX2530 LNAをチューニング


要約: このアプリケーションノートでは、450MHz CDMAアプリケーションで動作するようにMAX2530 LNAをチューニングする方法について説明します。450MHzでのMAX2530 LNAの性能と機能について述べ、実際の回路と測定データを記載します。

概要

現在、セルラ電話会社は、ヨーロッパ市場に向けて450MHzで動作するCDMA電話機を設計しています。450MHzは以前、ヨーロッパでのアナログ通信に使用されていました。450MHzのCDMAセルラ電話やワイヤレスモデムを開発しているRF設計者は、「システム仕様を満たす最高の性能を備えたフロントエンドチップセットを選択する」という課題に直面しています。

マキシムの高度なSiGeプロセスを使用したMAX2530レシーバRFフロントエンドICは、当初、セルラバンドとPCSバンドでの動作用に設計されました。450MHz CDMAにとって、低ノイズアンプ(LNA)のNF (ノイズ指数)とIIP3 (入力3次インターセプトポイント)は、感度やシングルトーンの感度抑圧効果を考慮する上で非常に重要です。このテクニカルノートでは、450MHz cdma2000®アプリケーションでMAX2530を使用するためのチューニング方法と測定データを記述しています。

設計上の制約

以下のガイドラインの動作を確保するため、外付けのマッチング部品を使用してMAX2530のセルラLNAを再チューニングします。
  • 動作周波数 = 463MHz~467.5MHz
  • 利得 = 13.8dB~14.5dB
  • NF = 1.8dB~2.2dB
  • IIP3 = 4.0dBm~5.0dBm
  • |S11| = < -10dB
  • |S22| = < -10dB

方法

LNAのIIP3とNFは、入力と出力のマッチング回路、及びバイアス電流の影響を受けます。LNAのチューニングの間、マイクロ波チューナをLNAの入力または出力上に配置し、最適な性能が得られるように調整しました。次に、このチューナを取り除き、さらにチューナを使用した場合に認められた量と同じ量の入力/出力リターンロスとインピーダンスを実現することを目的として、関連するマッチング部品を交換しました。このプロセスは、一度につき1つのポートで実行しました(つまり、最高の入力マッチングを決定して固定した後、焦点を出力に移しました)。追加の変動素子として、RBIASを20kΩのポテンショメータに交換しました。これを使用すれば、どのようなマッチングに対しても最高のバイアス設定をすばやく確定することができます。

結果

マッチング部品とバイアス設定のさまざまな組み合わせ(約40種類の組み合わせ)をテストすることで、可能性のあるいくつかのソリューションが得られました。こうした組み合わせから得られた結果を以下に示します。

ソリューションA

  • VCC = 3.0VDC
  • ICC = 42.2 mA
  • 利得 = 14.0dB
  • NF = 2.3dB
  • IIP3 = 5.6dBm
  • S11 = -12.5dB
  • S22 = -8.1dB

図1.
図1.

示されたNFは目標を0.1dB超えていますが、PCBには、465MHzにてSMAコネクタからDCブロッキングコンデンサまで約0.06dBの挿入損失があります。これは、測定から差し引かれていません。したがって、実際のNFは2.24dBに近くなります。

入力マッチングとバイアス設定をわずかに変えると、NFが少しだけ改善されましたが、IIP3は低下しました。

ソリューションB

  • VCC = 3.0VDC
  • ICC = 40.5mA
  • 利得 = 14.0dB
  • NF = 2.23dB
  • IIP3 = 5.0dBm
  • S11 = -13.8dB
  • S22 = -8.0dB

図2.
図2.

NFから挿入損失を引くと、約2.17dBが得られます。

上に示した両方のマッチングにおいて、バイアス設定はNFとIIP3の性能に影響を与えました。バイアス抵抗値が増えるとバイアス電流が減少し、NFは(1.8dBという低さまで)改善されますが、同時に直線性が低下します。この方法を使えば、システム要件に合わせて2つのパラメータのバランスをとることができます。より優れた直線性が必要だが、より高いNFが許容されるのであれば、より低いバイアス抵抗値を使用することができます。残念ながら、直線性はNFよりもバイアスの変化にはるかに影響されやすいため、調整の範囲や効果は制限されています。

以下の表は、上記の2つのソリューションを示しています。

パラメータ マキシムの目標 ソリューションA (MAX2530) ソリューションB ( MAX2530) 単位
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

レシーバシステムのカスケード解析

先に述べたMAX2530 LNA及びミキサの最適な測定結果に基づき、表計算ファイルを用いてレシーバシステムのカスケード解析を行うと、Eb/Nt = 5.0dBとなり、これはEb/Nt = 4.3dBというシステム仕様の要件を満たしています(0.7dBのマージン)。

参考資料
  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.