Reduzieren Sie Interferenzen in GPS-fähigen Anwendungen

Global Positioning System (GPS) ist ein Navigationssystem, das aus 24 Satelliten besteht, die in den sechs Erdumlaufbahnen platziert sind und es Benutzern ermöglichen, ihre Position von jedem Ort aus genau zu bestimmen. Das System wurde ursprünglich vom Militär verwendet, wurde aber in den 1980er Jahren für Zivilisten eingeführt [1]. Seitdem ist GPS als Überlebens- und Navigationswerkzeug populär geworden. Hersteller haben GPS-Empfänger in verschiedene Verbraucherprodukte integriert, die mit mobiler Konnektivität tragbar sind, wie z. B. Fahrzeuge oder drahtlose Geräte. Ein Mobilteil ist ein ideales Produkt, um GPS-fähig zu sein. Die Integration eines GPS-Empfängers in ein Handgerät kann eine Simultan-GPS (S-GPS)-Anwendung schaffen, bei der der GPS-Empfänger zusammen mit anderen verwendet wird kabellos Kommunikationssysteme aus verschiedenen Frequenzbändern wie PCS und Mobilfunk. Verbraucher erwarten von einem Handy mit GPS-Fähigkeit, dass es das Signal von den Satelliten zuverlässig empfängt und verstärkt, da jeder Empfangsfehler zu ungenauen Informationen über den Standort führen würde. Leider ist die Qualität der GPS Signale werden oft durch Interferenzen beeinträchtigt RF Signale.

Systeminterne Interferenz
Die Integration eines GPS-Empfängers auf derselben Platine mit anderen drahtlosen Mobilkommunikationssendern setzt den Empfänger systeminternen Interferenzen aus, die die Empfindlichkeit und Linearität des GPS-Empfängers verschlechtern können. Während sich der Sender im Sendemodus befindet, gelangt ein Teil des Sendesignals zum GPS-Empfängerpfad. Folglich würde der Empfänger eine hohe Gesamteingangsleistung erfahren, die das hintere Ende des Empfängers sättigen kann. Dies würde am hinteren Ende des Empfängers ein nichtlineares Signal erzeugen und Fehler im Empfangssignal erzeugen. Um dieses Phänomen zu vermeiden, muss das Außerband-Sendesignal daran gehindert werden, in den GPS-Empfängerpfad zu gelangen. Daher muss der GPS-Empfängerpfad eine gute Unterdrückung des Außerband-Sendesignals (Störer) aufweisen. Durch eine gute Unterdrückung des Störers wird verhindert, dass der GPS-Chipsatz durch die starke Störleistung überlastet wird, und der Chipsatz ist in der Lage, das empfangene Signal linear zu verstärken.

GPS-Filter zur Erhaltung der Empfindlichkeit und Linearität des Empfängers
Typischerweise wird der Konstrukteur Filter auf beiden Seiten des GPS-LNA anbringen. Ein Filter vor dem LNA hilft dabei, das Außerbandsignal zu unterdrücken und zu verhindern, dass der LNA gesättigt wird. Dieses Filter sollte eine sehr geringe Einfügungsdämpfung haben. Das Platzieren eines Filters mit hoher Einfügungsdämpfung vor dem LNA sollte vermieden werden, da dies die Rauschzahl des Systems erhöht. Gemäß der Friis-Gleichung wird die Gesamtrauschzahl von der Rauschzahl oder dem Verlust der ersten Stufe dominiert. Ein zweiter Filter auf der Rückseite des LNA kann verwendet werden, um die Außerbandunterdrückung weiter zu verbessern, um zu verhindern, dass die spätere Stufe überlastet wird.

Beachten Sie jedoch die in gezeigte Geräuschberechnung Figur 2 , ein Frontfilter mit einer Einfügungsdämpfung von nur 0,5 dB vor dem LNA verschlechtert immer noch die kaskadierte Rauschzahl, obwohl der LNA eine außergewöhnlich gute Rauschzahl von 0,8 dB hat. Die kaskadierte Rauschzahl wird von der ersten Stufe gerade dann dominiert, wenn die Verstärkung ausreichend hoch ist. Die negative Verstärkung des Filters der ersten Stufe bewirkt, dass sich die kaskadierte Rauschzahl auf 1,35 dB verschlechtert. Außerdem beinhaltet diese Lösung drei Komponenten (Filter-LNA-Filter).

LNA-Filtermodul vereinfacht das S-GPS-Design
Die im vorherigen Abschnitt erläuterte Lösung kann zu einer LNA-Filterlösung vereinfacht werden, indem als erste Stufe ein LNA mit sehr guter Linearität und als zweite Stufe ein sehr gutes Außerband-Sperrfilter verwendet wird. Dieser Abschnitt erläutert ein LNA-Filtermodul, das für den Einsatz am Frontend eines GPS-Empfängers geeignet ist. Das Modul ist eine Integration eines rauscharmen, hochlinearen Enhancement Pseudomorphic HEMT (E-pHEMT) LNA und eines FBAR-Filters mit niedriger Einfügungsdämpfung und überlegener Außerbandunterdrückung. Diese Kombination schafft ein Frontend mit ausgezeichneter Rauschzahl, während die Linearität beibehalten wird.

E-pHEMT ist eine proprietäre Technologie von Avago Technologies, die hochgradig lineare LNAs produzieren kann. FBAR ist eine von Avago Technologies entwickelte Resonatortechnologie, mit der kleine Filter mit ausgezeichnetem Qualitätsfaktor (Q) hergestellt werden können, was sich in einem sehr steilen Filterabfall oder einer überlegenen Außerbandunterdrückung niederschlägt. Mit der Integration des FBAR-Filters bietet das LNA-Modul eine ausreichende Unterdrückung der Mobilfunk- und PCS-Bänder, was die Leistung des Empfängers im gleichzeitigen oder simultanen GPS-Betrieb (S-GPS) unterstützt[3][4].

Ein LNA-Filtermodul mit hoher Linearität ermöglicht eine höhere Verarbeitung Eingang Leistung, ohne das empfangene Signal zu komprimieren. Letztendlich kann der Filter vor dem LNA-Modul weggelassen werden, solange eine ausreichende Isolierung zwischen dem GPS-Pfad und den PCS- oder Mobilfunkpfaden besteht. Ohne Frontfilter wird die Rauschzahl des Systems jetzt vom LNA dominiert, wo die Rauschzahl bis zu 0,8 dB betragen kann. Diese Implementierung würde die Empfindlichkeit des Empfängers stark verbessern.