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早在2001年911恐怖事件以后，美國基于安全的考慮，強制要求手機具有GPS定位功能，以確定該手機的實(shí)時(shí)位置。近年來(lái)，隨著(zhù)我國基礎建設的迅猛發(fā)展，道路建設日新月異；人們工作生活節奏加快，GPS導航定位系統日顯重要，需求增加。最近有消息稱(chēng)：諾基亞高調宣布為其智能手機推出了Ovi地圖新版本，將包括高端的步行和駕駛導航。此舉被視為對GPS手機導航產(chǎn)業(yè)以及GPS導航相關(guān)產(chǎn)業(yè)影響巨大的變革。隨著(zhù)手機性能的普遍提升，以及手機GPS接收機獨特問(wèn)題的解決，GPS功能已不再是高端手機獨享的配置，正在向普通手機標配發(fā)展。 GPS功能簡(jiǎn)介 GPS全稱(chēng)為全球定位系統，由24顆衛星分布在6個(gè)不同高度的軌道上，按功能分有導航和定位兩個(gè)；按應用分軍用和民用。其中軍用頻率在 1.227GHz ，由美國軍方獨占，用途主要用于武器制導，偵查等軍事和戰爭用途，精度高。民用頻率在1.575GHz，供全球免費使用，用途主要用于海航，自然科學(xué)領(lǐng)域，更廣泛的是我們熟悉的汽車(chē)行駛導航等。 只有同時(shí)接收到3顆星的有效信號才能確定其位置。 GPS信號微弱，接收機靈敏度通常在-136dBm左右。 手機GPS的挑戰 手機應用的特點(diǎn)：體積小，功耗低，生產(chǎn)性好，器件便宜，設計時(shí)間短，產(chǎn)品面市快�；谑謾C平臺的GPS功能比獨立GPS接收機有更高的要求，更具有挑戰性，主要考慮以下幾個(gè)方面： 電子環(huán)境，功耗，體積，價(jià)格，設計時(shí)的便捷性和性能指標的容易實(shí)現性。 常見(jiàn)的單片GPS接收機采用CMOS工藝，達不到很高的收機靈敏度。相比汽車(chē)行駛在比較寬闊空間的路面上，手持GPS比車(chē)載的移動(dòng)更靈活，所處位置信號會(huì )更弱，多徑接收更普遍。要求接收能力更強，在接收前端增加濾波器和低噪放非常必要。 手機上的GPS 設計之考慮 電子環(huán)境更惡劣。GPS 接收和手機功放在同一塊板上，對1.575GHz GPS信號而言其帶外信號主要有：900MHz,1800MHz 的 GSM 功放；1800—1900MHz 的PCS功放；2.4GHz的 WLAN,藍牙; 以及2.5—2.7GHz的WiMAX。這些信號雖不會(huì )同時(shí)存在，但每個(gè)都很強，對GPS接收性能都有明顯影響。實(shí)驗表明：-15dBm的帶外信號，會(huì )引起GPS 低噪放增益下降1dB. 因此，選擇手機 GPS 低噪放時(shí)不僅要看其自身的噪聲系數和增益，更要關(guān)注其帶外衰減指標，這對GPS接收機的捕捉能力，跟蹤性能和定位精度，乃至能否正常工作至關(guān)重要。 CDMA, WCDMA手機收發(fā)是雙工工作的，其功放的發(fā)射信號和噪聲會(huì )對GPS信號形成干擾乃至堵塞 。因此，GPS接收機必須外加LNA和高性能的濾波器。LNA增加了其接收靈敏度，而濾波器則增強帶外衰減。對設計布線(xiàn)上另一個(gè)好處是，LNA可放置在靠近天線(xiàn)端，降低對GPS接收模塊位置的要求，并使 GPS接收機噪聲系數得到1.5dB左右的改善。然而，由于GSM手機收發(fā)是時(shí)分工作的，相對而言對GPS信號的帶外衰減要求不是很苛刻，可以省掉高性能的濾波器，用簡(jiǎn)單地濾波加低噪放方案來(lái)實(shí)現GPS接收前端，以節省成本。 針對不同的系統和平臺，目前，手機GPS接收前端有幾種方案： --在GMS系統上，選擇有源天線(xiàn)，即低噪放和GPS接收天線(xiàn)集成在一起； --在CDMA, WCDMA系統上，有分立的低噪放加濾波器，二種器件所采用的材料和性能都有選擇余地。以上方案這對設計時(shí)間，設計難度，性能指標，PCB尺寸以及元件數都是挑戰。 隨著(zhù)市場(chǎng)需求的變化，濾波器和低噪放集成在一起的GPS接收前端得到了廣泛的應用，其好處顯而易見(jiàn)。和分立器件一樣，二者有不同的組合：LNA+陶瓷濾波器或 LNA+SAW(聲表面波濾波器)。在市場(chǎng)上， 性能以CaAs E-pHEMT+FBAR方案為最優(yōu)：噪聲小，線(xiàn)性更好，帶外衰減更好。 Avago公司的GPS接收前端模塊 Avago 結合行業(yè)領(lǐng)先的CaAs E-pHEMT工藝和FBAR濾波器技術(shù)，提供GPS射頻前端系列模塊，為GPS外加低噪放前端提供了多種選擇，詳見(jiàn)圖1，3，4，5所示，結構有： Filter + LNA + Filter; Filter + LNA; LNA + Filter; 或單純的 LNA，在規劃和設計這些產(chǎn)品時(shí)Avago充分考慮了其應用環(huán)境，是手機GPS接收設計上的首選。 CaAs E-pHEMT低噪放的特點(diǎn) 相比其他材料和工藝，CaAs E-pHEMT的優(yōu)勢主要在于：噪聲系數低，是低噪放的首選；低工作電壓下線(xiàn)性高，提高接收機動(dòng)態(tài)范圍，有利于后續信號的混頻和解調；增益高乃是放大器的價(jià)值所在。因此，CaAs E-pHEMT正是噪聲系數，線(xiàn)性和增益三個(gè)低噪放重要指標的完美結合，這是Si材料低噪放很難達到的。 FBAR 濾波器的特點(diǎn) 陶瓷濾波能承受較大的功率，溫度特性好，但器體積大，Q值不如FBAR的好； SAW濾波器承受功率小，溫度特差，Q值低，便宜。在一些指標要求不太高的手機上還有應用； FBAR濾波器：性能好，體積小，易于集成。隨著(zhù)在手機上雙工器，濾波器取代SAW的應用越來(lái)越多，其性?xún)r(jià)比已被大家所認同。 ALM-1712 GPS接收前端實(shí)例 下圖1為Avago的ALM-1712產(chǎn)品，由兩個(gè)FBAR濾波器和一個(gè)LNA組成，三級總的噪聲系數為1.65 dB 。RF端 ESD >3KV，省去外加ESD保護器件，節省空間和成本。低至1V 工作，可關(guān)斷功能則滿(mǎn)足了手機應用低功耗的要求，可變偏置則提供了在各個(gè)性能指標中得到一個(gè)理想的平衡。 封裝為4.5(L)x2.2(W)x1(H) mm3，外圍器件只有8個(gè)電阻，電容和電感器件。 
圖1：Avago ALM-1712產(chǎn)品 下圖2所示為在 Vdd = 2.7V, Idd = 8.0mA偏置下1.575GHz處的增益是12.8 dB； 線(xiàn)性 IIP3 = +7 dBm, IP1dB = +3 dBm，對900MHz的帶外衰減高達95dBc， 對1800MHz的帶外衰減高達 90dBc，有力地保證了在惡劣的電子環(huán)境下，GPS接收機發(fā)揮能良好的功能。ALM-1712很好地滿(mǎn)足了手機GPS的特殊要求：電子環(huán)境，功耗，體積和成本要求以及設計時(shí)間和性能指標，這些對手機廠(chǎng)家的意義不言而喻。
下面是市場(chǎng)常見(jiàn)的兩個(gè)型號的主要指標，在低噪放都采用CaAs E-pHEMT工藝的情況下，不難看出FBAR濾波器對PCS頻段的抑制比SAW高出 21dB( 63 vs. 42)
附圖1是Avago公司在GPS 接收前端產(chǎn)品線(xiàn)的發(fā)展路線(xiàn)圖。不難發(fā)現，Avago公司對GPS接收機前端模塊和低噪放市場(chǎng)非常重視，隨著(zhù)不同功能性能產(chǎn)品在GPS接收機上的廣泛應用，Avago將繼續推出更多滿(mǎn)足市場(chǎng)的產(chǎn)品，詳情可咨詢(xún)Aavago亞太地區重要代理商世強電訊。
附圖1：Avago科技GPS接收前端產(chǎn)品發(fā)展線(xiàn)路圖 面向GSP, ISM和WiMAX市場(chǎng), 最近Avago推出MGA-24106低噪放，繼承了Avago 低噪放產(chǎn)品一貫的噪聲系數，增益及線(xiàn)性指標的優(yōu)勢。在3.3V6mA偏置下,1.57GHz，噪聲系數為0.87，增益為19.6dB, IP1dB為-8.7dBm, IIP3為 -0.2dBm。 在低至1.8V電壓下能正常工作。封裝在1.5x1.2x0.5mm3，只需幾個(gè)外圍器件。在體積，功耗和低電壓工作方面更高一籌，其價(jià)格更具有市場(chǎng)競爭力。在手持，移動(dòng)終端無(wú)線(xiàn)設備上應用前景廣闊。
附圖2：FBAR, SAW和陶瓷濾波器的性能比較 附圖2是手機用FBAR, SAW和陶瓷濾波器的性能比較。FBAR技術(shù)是Avago公司又一領(lǐng)先技術(shù)的產(chǎn)品線(xiàn)，在手機上的雙工器，多工器和各種濾波器都占有很大的份額。 來(lái)源：世強電訊 |
