SAW应该放在LNA前面还是后面

applee68

最近为了提高一款产品的GPS性能，在想SAW应该放在LNA前面还是后面?看到一些图纸上是SAW放在LNA前面，只是我个人觉得SAW应该放在LNA之后。
不知道有没有朋友做过这方面的实验以及性能比对。

criterion

以GPS而言   一般是前后都加

当输入讯号在LNA的线性区时，其Gain为一定值，

但当输入讯号过大时，会使LNA饱和，导致Gain下降，亦即灵敏度变差，称之为Desense。

2 b; ]$ x1 F6 a( U: A; S) M

  X5 F& c0 u/ o8 d/ w5 T

若LNA的Gain降为零，即输入讯号经过LNA时，完全不会被放大，

则有可能被Noise Floor淹没，此时称该接收讯号被阻塞(Blocked)。

* x' U1 z* a# f0 r$ C: P3 a3 [

) }+ j! o" v/ ^8 w3 y
- ?8 m7 k, ]) F* O9 f% ?. B% ~

但由于GPS接收的是太空卫星发射的讯号，其接收讯号极微弱，约-150 dBm，

因此其接收讯号强度并不会大到足以使其LNA饱和，

加上GPS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频功能，彼此间可能会有所干扰，如下图:

/ @% N+ d6 A# j" H: X7 U  |  J7 D( u

尤其是WCDMA，会有所谓Tx Leakage的问题，

再加上以手机而言，GPS与WCDMA都是用同一个接收机，例如高通的WTR1625L，

所以若接收讯号太过靠近，

很有可能WCDMA的Tx Leakage会先流到WCDMA的接收路径，再耦合到GPS的LNA输入端，
6 _, S; W2 L0 c6 k0 Y" G3 }

而Tx Leakage在LNA输入端，最大可到-24 dBm，远比GPS接收的-150 dBm来的大，会让LNA饱和，

3 Z$ a* l. M0 C0 h$ t) v8 [
$ i: M; B, ?& N+ d+ _0 i

8 b1 D1 J# J2 M+ r/ o+ g- y

因此一般而言，会先在LNA输入端，放上一颗SAW Filter，来抑制Tx Leakage，避免GPS LNA饱和，

而接收机整体的Noise Figure，公式如下 :

# |( z: K, f7 U8 Y" A- e

8 @$ @3 J2 e( W& j+ Z8 A9 q
- M# ^3 x1 g7 M! Q1 Q$ b

由上式可知，越前面的阶级，对于Noise Figure的影响就越大。换言之，

LNA输入端的Loss对于Noise Figure影响最大，也因此才会说   放后面灵敏度才会好  

- m/ ]& K: M6 Z8 E4 J% j5 P

因为放前面   其Insertion Loss会直接升高Noise Figure,

而由灵敏度公式可知 :

( V# B4 w  W3 x, `: Q5 [. u4 H5 p7 \$ J

若Noise Figure高, 灵敏度就低   故pre-SAW Filter的重点是Insertion Loss要小。

如果要拿掉Pre-SAW  当然InsertionLoss减少  对灵敏度提升是有帮助

但前提是  要嘛你LNA线性度够   不会因强大Outband Noise而饱和

不过这点比较困难   因为动态范围的上下限   分别是P1dB跟灵敏度

- R- ~8 l3 r5 q/ F

你GPS要接收-150 dBm这么微弱的讯号  下限给你定-150 dBm

动态范围给你算70 dB好了   表示你上限P1dB顶多是 -80 dBm

所以GPS要饱和是很容易的   

! j; o2 R& j9 d8 x$ O& B

所以在LNA线性度    无法大到抵挡Outband Noise时

不然就是你得祈祷都不会有Outband Noise来干扰

否则若LNA饱和  Gain下降  而由前述Noise Figure公式已知

LNA Gain下降  NoiseFigure压不下来  加上LNA饱和   会使Noise Floor上升  C/N值下降    那灵敏度还是不会好

; b1 }# q0 Y$ W& P8 g

再来是讨论Post-SAW  也就是LNA之后  Mixer之前的SAW Filter

因为Mixer接收的   是LNA放大后的讯号    所以P1dB要比LNA更大

加上由下述Cascade IIP3公式可知 :

7 X# v+ `1 O+ Q- A  e

以接收机而言    越后端的Stage  其IIP3对整体线性度有越大影响

因此可知  相较于LNA   Mixer的线性度更为重要

Post-SAW的目的   是砍掉被LNA放大后的外来OutbandNoise

以及LNA自身产生的OutbandNoise

换言之  这是最后一道砍OutBand Noise的关卡
" c( a( v8 D, M% O1 a

所以Post-SAW的重点是OutBand Rejection能力要强   
  R8 X4 }; T: E

虽说通常OutBand Rejection能力大  Insertion Loss就会大   
5 S& j# R. b; Y0 T2 n% k

但LNA后的Insertion Loss  对整体Noise Figure影响不大

所以Insertion Loss大一点没关系  但OutBand要砍得够深

, u; ^" H( T3 Q7 u

& Q1 R: c' w* m6 m/ z( Q

如果Mixer饱和  还是一样 Noise Floor上升  C/N值下降   灵敏度还是不会好

) d8 O4 b- w7 C9 y! [

+ v$ A6 v- \4 Q. \3 J& Y

* {3 {$ z) \* @' h- E. Y所以整理如下 :

- f; g4 Y0 K# @0 S9 y( B6 f

Pre-SAW : Insertion Loss要小  砍LNA输入端的Outband Noise

Post-SAW : OutBand Rejection要大  砍LNA放大的外来Outabnd Noise
                          以及LNA自身产生的Outband Noise

3 _* B$ o- k: z0 n# d至于天线跟LNA间   要不要加Matching?
' n* B- j( b' a  m: v: I由于Matching是无源组件  会贡献Insertion Loss
( h8 L3 N8 t1 `使RX整体Noise Figure压不下来   因此理论上
拿掉可以提升灵敏度

" q, f# f# r. A
2 T/ N9 I2 R% t6 R

但走线方面要非常注意，

首先，天线到LNA的走线要非常短，因为走线一长，阻抗就很难控制得好，同时也会增加Insertion Loss。

其次，表层走线具有最短走线距离，以及阻抗容易控制在50奥姆/100奥姆的优点，

因此天线到LNA的走线要走表层。再者，天线到LNA的走线，其线宽不宜过细，阻抗误差如下式 :

& G8 g) v4 B7 `4 a

因为PCB厂的制程能力，一般来说会有正负0.5mil的线宽误差，

因此，若线宽过细，则可能会阻抗误差过大，如此阻抗便很难控制得好，

同时Insertion Loss也会因线宽过细而加大，

因此该段走线的线宽不宜过细，必要时甚至可靠下层挖空的方式，在阻抗不变的情况下，来拓展线宽。

  P  d4 o9 L: X5 _

所以若阻抗控制做得好 走线又短又宽   是可以拿掉的

否则若阻抗非完美的50/100奥姆 又没有Matching来降低MisMatch Loss

那走线再短再宽  还是弥补不了MisMatch Loss造成的Noise Figure上升

% H. A2 E$ N2 C% S, q
: n" i& F) k; A
. j* u$ v; i3 z. I( l# N5 z

) B8 E0 S9 l) f3 @) h9 z
* S+ v+ s9 E; d( h; h

cousins

看侧重点，侧重入射功率则LNA前，侧重NF则LNA后。

mingyenliu

放在后面sensitivity比较好

applee68

mingyenliu 发表于 2014-11-11 11:00
7 u5 s) U0 y2 f放在后面sensitivity比较好

* |4 M/ j" @: b8 D. {5 K谢谢，我一直比较担心，GPS信号本来就很小，SAW的损耗会不会导致一些比较边缘的信号无法检测到
# @" Z$ x; N+ r

wangshilei

我们是放在前面的，但是不清楚SAW是不是应加匹配电路，还是直接接天线，不清楚哪种接法好些

betterxie

:lol:lol
criterion分析的很详细。很厉害！！

applee68

criterion 发表于 2015-1-31 02:13
以GPS而言   一般是前后都加
, x2 p4 ?( R" i; D当输入讯号在LNA的线性区时，其Gain为一定值，但当输入讯号过大时，会使LNA饱 ...

谢谢大神，讲得太好了。