Μειώστε τις παρεμβολές σε εφαρμογές με δυνατότητα GPS

Το Global Positioning System (GPS) είναι ένα σύστημα πλοήγησης που σχηματίζεται από 24 δορυφόρους που τοποθετούνται στις έξι τροχιές της Γης και επιτρέπει στους χρήστες να προσδιορίζουν τη θέση τους με ακρίβεια από οποιαδήποτε τοποθεσία. Το σύστημα χρησιμοποιήθηκε αρχικά από τον στρατό, αλλά εισήχθη σε πολίτες τη δεκαετία του 1980 [1]. Από τότε, το GPS έγινε δημοφιλές ως εργαλείο επιβίωσης και πλοήγησης. Οι κατασκευαστές έχουν ενσωματώσει δέκτες GPS σε διάφορα καταναλωτικά προϊόντα που είναι φορητά με συνδεσιμότητα κινητής τηλεφωνίας, όπως οχήματα ή ασύρματες συσκευές. Ένα ακουστικό είναι ένα ιδανικό προϊόν για να διαθέτει GPS. Η ενσωμάτωση ενός δέκτη GPS σε ένα ακουστικό μπορεί να δημιουργήσει μια εφαρμογή ταυτόχρονης GPS (S-GPS) όπου ο δέκτης GPS χρησιμοποιείται μαζί με άλλους ασύρματος συστήματα επικοινωνίας από διάφορες ζώνες συχνοτήτων όπως PCS και κυψελοειδείς. Οι καταναλωτές αναμένουν ότι ένα ακουστικό με δυνατότητα GPS θα είναι αξιόπιστο στη λήψη και την ενίσχυση του σήματος από τους δορυφόρους, επειδή οποιοδήποτε σφάλμα στη λήψη θα προκαλούσε ανακριβείς πληροφορίες για την τοποθεσία. Δυστυχώς, η ποιότητα του GPS Τα σήματα συχνά διακυβεύονται από παρεμβολές RF σήματα.

Ενδοσυστημικές παρεμβολές
Η ενσωμάτωση ενός δέκτη GPS στην ίδια πλακέτα με άλλους ασύρματους πομπούς κινητής επικοινωνίας εκθέτει τον δέκτη σε παρεμβολές εντός του συστήματος που μπορεί να υποβαθμίσουν την ευαισθησία και τη γραμμικότητα του δέκτη GPS. Ενώ ο πομπός βρίσκεται σε λειτουργία μετάδοσης, μέρος του σήματος εκπομπής θα διαρρεύσει στη διαδρομή του δέκτη GPS. Κατά συνέπεια, ο δέκτης θα είχε υψηλή συνολική ισχύ εισόδου που μπορεί να κορεστεί το πίσω άκρο του δέκτη. Αυτό θα δημιουργούσε ένα μη γραμμικό σήμα στο πίσω άκρο του δέκτη και θα δημιουργούσε σφάλματα στο σήμα λήψης. Για να αποφευχθεί αυτό το φαινόμενο, το σήμα μετάδοσης εκτός ζώνης πρέπει να εμποδίζεται να εισέλθει στη διαδρομή του δέκτη GPS. Επομένως, η διαδρομή του δέκτη GPS απαιτείται για να έχει καλή απόρριψη στο σήμα μετάδοσης εκτός ζώνης (interferer). Έχοντας καλή απόρριψη στον παρεμβολέα, θα αποτρέψει την υπερφόρτωση του chipset GPS από την ισχυρή ισχύ παρεμβολής και το chipset είναι σε θέση να παρέχει μια γραμμική ενίσχυση στο λαμβανόμενο σήμα.

Φίλτρο GPS για διατήρηση της ευαισθησίας και της γραμμικότητας του δέκτη
Συνήθως, ο σχεδιαστής θα τοποθετήσει φίλτρα και στις δύο πλευρές του GPS LNA. Ένα φίλτρο μπροστά από το LNA βοηθά στην απόρριψη του σήματος εκτός ζώνης και αποτρέπει τον κορεσμό του LNA. Αυτό το φίλτρο θα πρέπει να έχει πολύ χαμηλή απώλεια εισαγωγής. Η τοποθέτηση ενός φίλτρου υψηλής απώλειας εισαγωγής πριν από το LNA θα πρέπει να αποφεύγεται γιατί αυτό θα αυξήσει τον αριθμό θορύβου του συστήματος. Σύμφωνα με την εξίσωση Friis, ο συνολικός αριθμός θορύβου κυριαρχείται από τον αριθμό θορύβου ή την απώλεια του πρώτου σταδίου. Ένα δεύτερο φίλτρο στο πίσω μέρος του LNA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει περαιτέρω την απόρριψη εκτός ζώνης για να αποτρέψει την υπερφόρτωση του μεταγενέστερου σταδίου.

Ωστόσο, ανατρέξτε στον υπολογισμό θορύβου που φαίνεται στο Εικόνα 2 , ένα μπροστινό φίλτρο με απώλεια εισαγωγής τόσο χαμηλή όσο 0,5 dB μπροστά από το LNA θα εξακολουθήσει να υποβαθμίζει τον καταρράκτη θόρυβο, αν και το LNA έχει εξαιρετικά καλό ποσοστό θορύβου 0,8 dB. Η τιμή διαδοχικού θορύβου κυριαρχείται από το πρώτο στάδιο ακριβώς όταν το κέρδος είναι επαρκώς υψηλό. Το αρνητικό κέρδος του φίλτρου πρώτου σταδίου προκαλεί την υποβάθμιση του διαδοχικού θορύβου στα 1,35dB. Εξάλλου, αυτή η λύση περιλαμβάνει τρία συστατικά (φίλτρο-LNA-φίλτρο).

Η μονάδα φίλτρου LNA απλοποιεί τη σχεδίαση S-GPS
Η λύση που εξηγήθηκε στην προηγούμενη ενότητα μπορεί να απλοποιηθεί σε μια λύση φίλτρου LNA χρησιμοποιώντας ένα LNA με πολύ καλή γραμμικότητα ως πρώτο στάδιο και ένα πολύ καλό φίλτρο απόρριψης εκτός ζώνης ως δεύτερο στάδιο. Αυτή η ενότητα εξηγεί μια μονάδα φίλτρου LNA που είναι κατάλληλη για χρήση στο μπροστινό μέρος ενός δέκτη GPS. Η μονάδα είναι μια ενσωμάτωση ενός ψευδομορφικού HEMT (E-pHEMT) LNA ενίσχυσης υψηλής γραμμικότητας χαμηλού θορύβου και ενός φίλτρου FBAR απόρριψης ανώτερης-εκτός ζώνης χαμηλής απώλειας εισαγωγής. Αυτός ο συνδυασμός θα δημιουργήσει ένα μπροστινό μέρος με εξαιρετικό θόρυβο, διατηρώντας παράλληλα τη γραμμικότητα.

Το E-pHEMT είναι η αποκλειστική τεχνολογία της Avago Technologies που μπορεί να παράγει εξαιρετικά γραμμικά LNA. FBAR είναι μια τεχνολογία αντηχείου που αναπτύχθηκε από την Avago Technologies που μπορεί να παράγει φίλτρα μικρού μεγέθους με άριστο συντελεστή ποιότητας (Q), που μεταφράζεται σε πολύ απότομη αποβολή φίλτρου ή ανώτερη απόρριψη εκτός ζώνης. Με την ενσωμάτωση του φίλτρου FBAR, η μονάδα LNA προσφέρει επαρκή απόρριψη στις μπάντες κινητής τηλεφωνίας και PCS, γεγονός που βοηθά την απόδοση του δέκτη σε ταυτόχρονη ή ταυτόχρονη λειτουργία GPS (S-GPS)[3][4].

Μια μονάδα φίλτρου LNA με υψηλή γραμμικότητα της επιτρέπει να χειρίζεται υψηλότερα εισαγωγή ρεύμα χωρίς συμπίεση του λαμβανόμενου σήματος. Τελικά, το φίλτρο μπροστά από τη μονάδα LNA μπορεί να παραλειφθεί εφόσον υπάρχει αρκετή απομόνωση μεταξύ της διαδρομής GPS και του PCS ή των κυψελωτών διαδρομών. Χωρίς μπροστινό φίλτρο, ο αριθμός θορύβου του συστήματος κυριαρχείται πλέον από το LNA, όπου το ποσοστό θορύβου μπορεί να είναι έως και 0,8dB. Αυτή η υλοποίηση θα βελτιώσει σημαντικά την ευαισθησία του δέκτη.