Reducir la interferencia en aplicaciones habilitadas para GPS

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de navegación formado por 24 satélites colocados en las seis órbitas de la Tierra y que permite a los usuarios determinar su posición con precisión desde cualquier lugar. Inicialmente, el sistema fue utilizado por los militares, pero se introdujo a los civiles en la década de 1980 [1]. Desde entonces, el GPS se ha hecho popular como herramienta de supervivencia y navegación. Los fabricantes han integrado receptores GPS en varios productos de consumo que son portátiles con conectividad móvil, como vehículos o dispositivos inalámbricos. Un teléfono es un producto ideal para estar habilitado para GPS. La integración de un receptor GPS en un teléfono puede crear una aplicación de GPS simultáneo (S-GPS) donde el receptor GPS se usa junto con otros Inalámbrico sistemas de comunicación de varias bandas de frecuencia como PCS y celular. Los consumidores esperan que un teléfono con capacidad GPS sea confiable para recibir y amplificar la señal de los satélites porque cualquier error en la recepción generaría información inexacta sobre la ubicación. Desafortunadamente, la calidad de la GPS las señales a menudo se ven comprometidas por interferencias RF señales

Interferencia dentro del sistema
La integración de un receptor GPS en la misma placa con otros transmisores de comunicaciones móviles inalámbricas expone al receptor a la interferencia interna del sistema que puede degradar la sensibilidad y la linealidad del receptor GPS. Mientras el transmisor está en modo de transmisión, parte de la señal de transmisión se filtrará a la ruta del receptor GPS. En consecuencia, el receptor experimentaría una alta potencia de entrada total que podría saturar el back-end del receptor. Esto generaría una señal no lineal en el back-end del receptor y crearía errores en la señal de recepción. Para evitar este fenómeno, la señal de transmisión fuera de banda debe bloquearse para que no entre en la ruta del receptor GPS. Por lo tanto, se requiere que la ruta del receptor GPS tenga un buen rechazo en la señal de transmisión fuera de banda (interferencia). Al tener un buen rechazo a la fuente de interferencia, evitará que el conjunto de chips GPS se sobrecargue por la fuerte potencia de interferencia, y el conjunto de chips podrá proporcionar una amplificación lineal a la señal recibida.

Filtro GPS para preservar la sensibilidad y la linealidad del receptor
Por lo general, el diseñador colocará filtros a ambos lados del GPS LNA. Un filtro delante del LNA ayuda a rechazar la señal fuera de banda y evita que el LNA se sature. Este filtro debe tener una pérdida de inserción muy baja. Debe evitarse colocar un filtro de alta pérdida de inserción antes del LNA porque esto aumentará la figura de ruido del sistema. De acuerdo con la ecuación de Friis, la figura de ruido total está dominada por la figura de ruido o pérdida de la primera etapa. Se puede usar un segundo filtro en la parte posterior del LNA para mejorar aún más el rechazo fuera de banda para evitar que la etapa posterior se sobrecargue.

Sin embargo, consulte el cálculo de ruido que se muestra en Figura 2 , un filtro frontal con una pérdida de inserción tan baja como 0,5 dB delante del LNA seguirá degradando la figura de ruido en cascada, aunque el LNA tiene una figura de ruido excepcionalmente buena de 0,8 dB. La figura de ruido en cascada está dominada por la primera etapa justo cuando la ganancia es suficientemente alta. La ganancia negativa del filtro de primera etapa hace que la cifra de ruido en cascada se degrade a 1,35 dB. Además, esta solución involucra tres componentes (filtro-LNA-filtro).

El módulo de filtro LNA simplifica el diseño de S-GPS
La solución explicada en la sección anterior se puede simplificar a una solución de filtro LNA utilizando un LNA con muy buena linealidad como primera etapa y un muy buen filtro de rechazo fuera de banda como segunda etapa. Esta sección explica un módulo de filtro LNA que es adecuado para usarse en el extremo frontal de un receptor GPS. El módulo es una integración de un LNA Pseudomórfico HEMT (E-pHEMT) de mejora de linealidad alta y bajo ruido y un filtro FBAR de rechazo superior fuera de banda de baja pérdida de inserción. Esta combinación creará un front-end con una excelente figura de ruido manteniendo la linealidad.

E-pHEMT es la tecnología patentada de Avago Technologies que puede producir LNA altamente lineales. FBAR es una tecnología de resonador desarrollada por Avago Technologies que puede producir filtros de tamaño pequeño con un excelente factor de calidad (Q), lo que se traduce en una caída del filtro muy pronunciada o un rechazo fuera de banda superior. Con la integración del filtro FBAR, el módulo LNA ofrece suficiente rechazo a las bandas celular y PCS, lo que ayuda al rendimiento del receptor en operaciones GPS (S-GPS) concurrentes o simultáneas[3][4].

Un módulo de filtro LNA con alta linealidad le permite manejar mayores aporte potencia sin comprimir la señal recibida. En última instancia, el filtro frente al módulo LNA se puede omitir siempre que haya suficiente aislamiento entre la ruta GPS y las rutas PCS o celular. Sin un filtro frontal, el factor de ruido del sistema ahora está dominado por el LNA, donde el factor de ruido puede ser tan bajo como 0,8 dB. Esta implementación mejoraría en gran medida la sensibilidad del receptor.