本应用笔记介绍了在远程无钥匙进入(RKE)接收器中添加低噪声放大器(LNA)所涉及的系统级权衡。系统的灵敏度提高了3.77dB,但三阶交调截点降低了15dB。
灵敏度规格表示接收器捕获微弱信号的能力。这是一个关键规范,因为它直接影响系统的范围。
在许多远程无钥匙进入 (RKE) 和胎压监测 (TPM) 设计中,制造商会引用接收器的灵敏度 (dBm) 作为将系统与竞争对手的系统区分开来的一种手段。其他接收器参数,如噪声系数、互调失真、动态范围甚至功耗,有时会因为消费者对灵敏度和范围的重视而变得重要。
提高系统灵敏度的一种方法是通过连接外部LNA来增加增益。或者——有那么简单吗?
接收器的灵敏度取决于其噪声系数、检测调制所需的最小信噪比以及系统的热噪声。最小输入信号的公式如下:
S = NF + n0+ 信噪比
其中S是所需的最小输入信号(dBm),NF是接收器的噪声系数,S/N是所需的输出信噪比(为了充分检测,通常基于可接受的误码率),n0是接收器的热噪声功率 (dBm)。
为简单起见,我们估计所需的输出信噪比(曼彻斯特数据)为5dB。要计算 S,我们仍然需要 n0.n0定义为:
n0= 10log10(k T B / 1E-3) 单位:dBm
其中k是玻尔兹曼常数(1.38 E-23),T是以开尔文为单位的温度,B是系统的噪声带宽。在室温 (T = 290°K) 下,1Hz 带宽,n0= -174dBm(通常表示为 = -174dBm/Hz)。
对于 300kHz IF 带宽,n0计算为 –119dBm。
假设系统的灵敏度为 –109dBm。使用 EQN1,我们可以确定接收器的 NF 为 5dB。回顾噪声系数(NF)与噪声系数(F)之间的关系:
(NF).db= 10logF 和 F = 10(NF.db/10)
因此,噪声因数为 F = 3.162。
为了找到几个级联双端口设备的噪声因数,我们使用以下公式:
FTotal = F1 + (F2 - 1) / G1 + (F3 - 1) / (G1 × G2) + ...
因此,如果我们在系统的输入中添加一个外部LNA,则可以使用EQN2来计算新的噪声因数。MAX2640 LNA的噪声系数= 1dB (F1 = 1.26),增益为15dB (G1 = 31.62),由于我们原始系统(MAX1470)的噪声因数为F2 = 3.162,因此Ftotal=1.327或1.23dB。
这一切意味着什么?使用 EQN1,我们看到灵敏度现在为:
S = 1.23 - 119 + 5 = -112.77db
因此,添加外部LNA仅将我们的灵敏度提高了3.77dB,根据要求,这可能足够,也可能不够。然而,噪声系数只是图片的一部分。MAX1470的系统IIP3为-34dBm。这是因为混频器IIP3为-18dBm,而系统IIP16的内部LNA增益为-3dBm,为34dB。在外部添加MAX2640 LNA将使系统IIP3从-34dBm降低到-49dBm(LNA增益为15dB),这意味着我们系统的信号处理能力已经降低。换句话说,即使灵敏度提高了近4dB,系统的动态范围也降低了15dB。
因此,由系统设计人员决定为额外灵敏度付出的代价是否值得降低IIP3。
图1.
审核编辑:郭婷
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