增益(Gain)对手机射频接收机灵敏度之影响

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1、Gain消费者在使用手机时，很可能会因为处于移动状态，导致与基地台间的Pathloss一直更动，加上附近周遭环境的Shadowingeffect，导致手机所接收的讯号强弱不一。也就是LNA的输入讯号强度，会有很大范围的变动[1]。由上式知当LNA的输入讯号不固定时，若Gain为单一固定值，则输出讯号也会不固定。很可能当输入讯号过大时，后端电路饱和，线性度下降。或输入讯号过小时，后端电路SNR下降，NoiseFigure上升。因此要有AGC(Automaticgaincontrol)的机制，如此即便输入讯号的动态范围过大，也能尽可能缩减输出讯号的动态范围，使整体电路的NoiseFigure与线性

2、度优化。因此GSM的LNA，多半采用Gain-stepped架构，其Gain皆非单一固定值，即VGA(Variablegainamplifier)架构，如下图:1以高通的RTR6285A为例[2]，因为采用零中频架构，会直接将接收的射频讯号，透过ADC(AnalogDigitalConverter)转换成数字讯号。射频前端要有足够的Gain，才有足够能力去驱动ADC[3]，否则会无法解调，导致SNR下降。但若Gain过大，会使后端电路饱和，导致NoiseFloor上升，一样会使SNR下降。因此以灵敏度的角度而言，之所以希望透过AGC机制，以及VGA，来缩减LNA输出讯号的动态范围，主要便是希望

3、ADC的输入讯号，其强度大小能适中，使讯号在解调时，不会因讯号过小而导致SNR下降，也不会因讯号过大，使后端电路饱和，NoiseFloor上升，而导致SNR下降[1,7]。2而高通的RTR6285A，GSM四个频带的LNA，都采用Gain-stepped架构，有五种GainMode，其GainRange示意图如下[2]:五种GainMode，皆有其GainRange，分别应用于不同强度范围的接收讯号。当接收讯号较大时，LNA会采用LowGainMode，一方面节省耗电流，另一方面避免后端电路饱和。而接收讯号较小时，会采用HighGainMode，确保有足够的能力去驱动ADC[1]。3当然，不同

4、GainMode，其NoiseFigure也不同，如下图[4]:由NoiseFigure公式可知[8]，Gain越大，其NoiseFigure越小，因此理所当然的，其HighGainMode的NoiseFigure，比LowGainMode来得低。同时由前述已知，所谓灵敏度，指的是在SNR能接受的情况下，其接收机能接收到的最小讯号，因此当接收讯号微弱时，其NoiseFigure便显得很重要，故需要启动HighGainMode，来将NoiseFigure压低，以便获得较佳的灵敏度。4由前述可知，当Gain大时，NoiseFigure就低，但线性度可能会因饱和而降低。当Gain小时，可确保线性度，

5、但NoiseFigure会升高。因此NoiseFigure与线性度，是一种折衷考虑，尤其是SAW-less的接收器，因为没有SAWFilter可以抵挡带外噪声，此时对于LNA与Mixer的线性度便更为要求，这样接收机才有足够能力抵挡带外噪声[5]。虽然在要求线性度的情况下，其Gain不宜过大，然而不代表Gain较小时，其灵敏度就一定变差，以高通的RTR6285A与WTR1605L为例，我们发现WTR1605L的Gain比较低，但其NoiseFigure并未比较高，如下图[2,6]:而量测结果也显示，Gain较低的WTR1605L，其灵敏度比Gain较高的RTR6285A更好，这表示若LNA跟M

6、ixer本身的NoiseFigure能降低，即使Gain较小，其NoiseFigure一样能压低，进而拥有较佳的灵敏度。5Reference[1]高通平台之GSMRx校准原理_简中,百度文库[2]RTR6285ARFTransceiverIC,Qualcomm[3]PracticalRFArchitecturesforGSMandWCDMAMobileTerminals,NOKIA[4]AHighPerformance2-GHzDirect-ConversionFrontEndwithSingle-EndedRFinputin0.13umCMOS,IEEE[5]HighPerformanceL

7、NAsandMixersforDirectConversionReceiversinBiCMOSandCMOSTechnologies[6]WTR1605/WTR1605LWafer-levelTransceiverIC,Qualcomm[7]IQ讯号与信噪比对手机灵敏度之影响,百度文库[8]噪声系数(NoiseFigure)对手机射频接收机灵敏度之影响,百度文库6