WiMAX接收鏈使用集成旁路開關低噪聲放大器的優勢

　　從根本上大家已經認同WiMAX技術會在2007年開始集成到筆記本電腦和手持式設備中，WiMAX的移動化版本802.16e使用了2～6GHz 的頻帶來提供移動設備非視距范圍(NLOS)的數據傳輸能力，因此WiMAX接收鏈設計工程師所面對的挑戰主要是多種不同傳輸路徑所造成接收信號電平的寬廣動態范圍。

　　WiMAX接收器能夠由多種不同傳輸路徑接收信號的能力對于確保系統工作效率和數據的精確性相當重要，相對于分立式解決方案，一個較為簡單、低成本、省空間，同時效率更高的解決方案是在WiMAX接收器的射頻前端采用集成旁路開關的低噪聲放大器(LNA)，集成旁路開關的低噪聲放大器能夠讓接收鏈有多種可變的增益、功耗和線性度選擇。

　　LNA的性能變化和選擇

　　這里我們將討論集成旁路開關低噪聲放大器的性能表現，這款低噪聲放大器會應用在以下的系統分析中。使用3V直流電源和7mA的電流，該放大器擁有15dB的增益，放大模式下1.1dB的噪聲指數和旁路模式下4.5dB的插入損耗，旁路模式下的電流消耗更低于80μA，而放大和旁路模式下的輸入輸出回波損耗則大于10dB。這款低噪聲放大器在設計上還考量到在旁路模式和放大模式間切換時的阻抗變化要降到最低，避免造成不匹配的問題，因此相同的匹配電路可以同時應用在兩種模式下。相對于分立式解決方案，這樣做不但可以簡化外部電路，同時還可縮小電路板占用空間并降低生產成本，圖1顯示了LNA的相關工作電路和簡化的內部結構，圖2是放大模式和旁路模式下的射頻性能表現。　　

　　圖1 低噪聲放大器的應用電路　　

 　　圖2 放大模式(左)和旁路模式(右)下的射頻性能表現

　　系統分析

　　圖3是WiMAX接收器射頻前端的簡化方塊圖，其中兩個低噪聲放大器都可分別切換成放大模式或旁路模式，帶來接收鏈不同的性能表現選擇。當第一級和第二級的低噪聲放大器都在放大模式時，電路為高增益低噪聲指數狀態，可以用來檢測微弱的輸入信號，第一級低噪聲放大器的低噪聲指數對于微弱輸入信號相當重要，因為第一級低噪聲放大器電路上的2dB噪聲指數可能會造成系統的噪聲指數降到3.61dB。

　　圖3 WiMAX接收器的射頻前端

　　對于輸入功率較高的情況，第二級低噪聲放大器可以切換到旁路模式，以便在不犧牲過多系統噪聲指數的情況下維持信號的高線性度，原因是系統的噪聲指數主要由前級電路決定，通過旁路開關的協助改善系統信號線性度并進行較高功率信號的部分增益衰減，設計工程師可以為后級電路設定較低的線性度要求，改善高線性度器件可能會帶來較高成本，同時消耗較大電流的情形。

　　當接收器接近基站時，所接收的信號可能太強而讓后級電路進入飽和狀態，造成非線性化的信號輸出，在這樣的情況下，兩個低噪聲放大器都可以切換到旁路模式來對強大的接收信號進行衰減，保護后級電路不會發生過載情形。

　　表1顯示了集成旁路開關的LNA如何有效管理不同功率大小的輸入信號，并基于圖3中所顯示的參數進行系統分析，通過將第一和第二級低噪聲放大器在放大模式和旁路模式間切換，接收器將能夠確保由多種不同傳輸路徑所帶來的射頻輸入信號不會造成接收器后級電路進入非線性工作模式。

　　表1 串接兩級集成旁路開關LNA的系統分析　　

 　　除了接收器動態范圍的挑戰外，目前的移動設備更配備了通常需要消耗更多功率的多重功能，但有限的電池容量會帶來限制，因此移動設備的另一個重要設計要求是在維持良好性能表現的同時，還能擁有高效的功耗控制。集成旁路開關的低噪聲放大器可以改善移動設備的功耗并延長它的電池續航力，在不需要高增益時，低噪聲放大器可以切換到旁路模式，而旁路模式下的電流消耗更可以低達μA等級。

　　結論

　　設計工程師在面對需要設計出能夠提供足夠動態范圍WiMAX接收器的艱難任務時，可以通過使用集成旁路開關的LNA來加以簡化，集成旁路開關的LNA是擴展接收器動態范圍的一個有效途徑，同時能夠在寬廣的動態范圍下帶來更為可靠的性能表現。