如何提高GPS接收器的灵敏度

金色传说

S-GPS（全球同步定位系统）是一种操作，其中GPS信号的接收与手机的语音或数据信号的传输同时发生。来自语音或数据传输的干扰信号可能会泄漏到GPS接收器的路径，并会使接收器的低噪声放大器或接收器的后端过载，从而影响接收器的灵敏度。这给手机设计师带来了巨大的挑战。设计人员需要保持GPS接收器对微弱的GPS输入信号的灵敏度，同时传输的语音或数据会产生强烈的干扰信号。这要求GPS接收机的前端具有低噪声系数和较高的增益（用于弱GPS信号），同时要对强干扰信号提供很好的阻塞。

Rx前端简化框图

低插入损耗，高阻断能力的FBAR滤波器与低噪声放大器的集成这可以通过放置一个预滤波器来阻止强干扰源信号泄漏到GPS接收器路径中来实现。根据Friis方程，如果后续级具有合理的增益，则第一级的噪声系数或插入损耗将是接收机链噪声系数的主导。因此，具有低插入损耗，高带外抑制比的滤波器和具有低噪声，高增益和良好线性的放大器的集成起着实现上段提到的目标的主要作用。

Avago Technologies的GPS前端模块由FBAR滤波器和GaAs E-pHEMT（增强型伪高电子迁移率晶体管）低噪声放大器组成。FBAR是Avago Technologies开发的突破性谐振器技术。这项技术可生产出具有出色Q值的小尺寸滤波器。出色的Q值会导致非常陡峭的滤波器滚降或出色的带外抑制。借助集成滤波器，该模块实现了对干扰信号的出色带外抑制。该特性对于滤除所有在1.575 GHz处接近GPS信号的干扰信号，同时保持放大器的低噪声系数至关重要。例如，卫星电话通信频段使用的1.62 GHz信号非常接近GPS频率。因此，

由于在接收器路径的第一级中噪声系数始终占主导地位，因此，在模块的第一级中集成低插入损耗FBAR滤波器，然后由GaAs低噪声放大器进行集成，这将产生具有非常低噪声系数的GPS放大器模块，并且高带外阻塞能力。

+ o3 f  p$ z; f

criterion

实际上   手机不会这样设计
/ k4 H' k$ i, m- U+ ]) S


. C" p- w$ t& O- I" V% Z1 m

7 Z  Y- d- t9 G/ r% _高通文件中明确说了
/ \- r% o+ c4 x2 T1 W0 E
, c/ h9 c7 P" }) W
  G$ m- E% e* G
GPS不会跟Cell TX讯号共天线    怕被干扰
你说FBAR已经对Outband Rejection很大
# d: w8 c1 J. o; q' Q# RFront End Module里面又有Pre-filter
等于TX讯号在进入GPS LNA前
9 a( g8 o2 V% P* g经过了二个Filter  一个外部   一个Front End Module内建的
二次抑制  原则上威胁已经大幅降低
2 M+ R1 W: V& m; E4 P+ g* ]

是这样没错
但文章说了
" G/ U- Q6 A( L& n  d  n根据Friis方程，如果后续级具有合理的增益，则第一级的噪声系数或插入损耗将是接收机链噪声系数的主导
' U3 S- q4 q& P* ~  o换言之  天线到LNA输入端  这段路径的Loss越小越好
二个滤波器的Loss总和   对于锱铢必较的GPS   是不小的压力

2 y8 L: \" {4 u' Z
8 |. V0 K% ]; e9 W% {6 l% R$ Z2 V
再来  
图都说了
0 d; |9 s% R/ [- l2 N- p- T$ |4 yTX讯号又不是只会乖乖走在传输线
9 |3 J' _9 Q& G9 C0 Q$ V有可能泄漏到GPS的前端电路
+ [: }# j# |% e7 g" j! q
3 t% Y/ y9 j2 G7 z2 ]


注意! 这些泄漏的TX讯号   没有经过外部Filter的Rejection喔
- _$ ]: ]7 _; q% SPCS  Band  2G也有   最大可能29.5dBm
, V! [7 c; P7 U6 q& r$ CCouple Loss我给你 30 dB
那就-0.5 dBm了  
; ]/ F& ^: M1 o) f) S+ @Front End Module内部的pre-filter   Rejection我给你算50 dB
-0.5 dBm – 50 dB = -50.5 dBm
这么大讯号  其两旁频谱   肯定会干扰到GPS
4 a6 h8 F: S4 ^( j* z* D& Q; `
; w. i1 @' E& R! G) o
7 D4 k- C1 j! x6 D

$ o7 i2 n! F; p4 v* T8 A所以由以上分析可知
0 q) A/ P# ^* ]9 n. u3 A4 cGPS天线   不可能跟Cell 主天线共享   因为TX讯号会干扰GPS
而且为了抑制强大TX讯号   二个滤波器   会大幅提高GPS路径的NF
& }0 x$ j0 z5 z# z- k' f% PB > Z   弊大于利
4 Y8 K8 X$ _& z" g- W( ?- ?2 D
* E7 L. W( b) Y: L; x2 @" V
所以在摆放天线时
Cell的主天线(包含TX/RX讯号)   会放下方
: b& O; x, J& _考虑之一   便是远离头部   避免SAR超标

而GPS天线  WIFI天线  Cell分集天线(只有RX讯号)
会放手机上方  远离Cell主天线
, s6 L5 r. z) x( R1 C7 p; q: Q8 x" SGPS天线跟WIFI天线  因为体积较小  甚至会塞侧边

' S; ^0 Q- M- g, ?% g9 t



- {. y4 N# Y5 R2 ]. b: h& }

那上面提到   
GPS天线  WIFI天线  Cell分集天线(只有RX讯号)  会放手机上方
位置相近   可以共天线吗?
6 C0 f) D/ X0 r' R8 g2 q- Y6 `可以!
因为Cell分集天线  只有RX讯号  不会有干扰问题  可以跟GPS共天线
而WIFI虽然有TX   但频率离GPS很远   而且Power没Cell那么大
; ^6 ?0 ~/ \7 h; h所以也可以跟GPS共天线
6 w6 Q* N; g/ u3 b; ^0 s+ @$ T4 U当然  一样要用Diplexer分离  担当GPS的pre-filter
3 s, }. I: ?2 P
3 K# [- W8 m* ]/ ]



1 ?5 s; |. C# y* G) S7 w) p2 z再来   前面说了
# o0 O* G) Q1 mCell主天线会在手机下方
& `( L! @/ A5 Z那收发器也会在下方   当然PA  Duplexer……等  也是在下面


* u( ^' w; L, j( I! Q2 `" @1 c5 \
以高通平台为例   GPS的收发器  一定是跟Cell共享
  G$ C/ x  l6 k+ H0 \7 z- ?( ?除非你很强调GPS性能   额外再放一个GPS专属的收发器
但这样的话   一来是增加BOM Cost   二来是压缩所剩无几的摆放空间
! e5 t! `% {$ k7 ~所以通常不会这样设计
1 t: W) O9 y8 q  ]) V: V

前面又说过  为了避免TX讯号干扰
! U9 O% p, [7 D& r& K  hGPS天线会放上方或侧边
8 }! a5 j7 q( y  z那这样就会衍伸一个问题
/ M+ U) l* O+ l+ R3 aGPS天线    会离收发器很远
重点来了   请问你Front End Module靠哪放?


靠近天线?
! p8 y# C: t( E8 D# k  w7 b( p' h
1 B6 v9 q7 B5 ?9 b) W

( h# t; S, K% l$ S/ e4 B& oLNA靠近天线摆放  把LNA输入端的路径缩到最短  Loss降到最低  进而降低整体路径NF
这是好的考虑
/ b* V6 `0 w8 q5 s% |$ o但你的post-filter呢?

Post-filter目的是保护收发器  
( Y- b9 i- d7 u+ \5 I( {你让它离收发器这么远  失去保护的用意
收发器随时都可以有Noise进入干扰
难道Noise就一定乖乖走GPS路径?  当然不会嘛

, q2 A) q/ s( N2 Y2 p( A
靠近收发器?
) }  H- g/ Q- Q
5 `1 f. c$ @( r! `. `
# \6 }$ R3 A* I- S# ~+ w
收发器是保护到了  
( }. e; ~- i% ?7 F2 g1 m但天线变成离LNA很远   NF又大幅提高

9 y. c/ z$ a1 K. j4 J
所以就知道  
因为手机设计   GPS天线会离收发器很远
; f8 C0 h; U. x' X你用Front End Module   其实不是好的设计



怎解决?
应该是要这样


+ I* n9 a% ^- c4 j6 B& v8 L
8 V7 A% @7 w& Z# \; f1 \+ ?Pre-filter跟LNA  都要靠近天线  
把LNA输入端的路径缩到最短  Loss降到最低  进而降低整体路径NF
Post-filter要靠近收发器   保护收发器
当然  有些Front End Module  会直接把Pre-filter跟LNA包在一起
: k3 V! l* j) K5 D, o那你就可以用

  B  ]2 ]1 A: `- w3 [; m" o
" P' Z# j& h. F4 Q5 m% e) X
" ?' J4 q" O7 b总之  post-filter一定要自己额外放
不能用Front End Module
1 L5 u$ _$ V* f, T; T

9 U6 j+ ?: ~! X) z0 U7 V所以   作个结论   手机的GPS设计
5 K% F' T! ?) i7 e' k. q7 T" a

$ x9 |6 N: j* ]3 R# M1.        不可跟Cell TX天线共享  但WIFI TX可以 (因为频率离很远)
1 Y1 Z7 m1 H, O1 m  Q2.        可以跟RX天线共享
, W! m5 Z; ]/ y3.        Post-filter要额外摆放   靠近收发器
% l- x, ?3 t" ?6 J# u4.        Pre-filter + LNA要靠近天线摆放
0 M# U  ]  h& _1 m
$ q6 ~# E9 }' t, P+ H. B
: h! G) x3 W/ Z7 y5 y

wozuishuai

设计人员需要保持GPS接收器对微弱的GPS输入信号的灵敏度，同时传输的语音或数据会产生强烈的干扰信号。

wozuishuai

低插入损耗，高阻断能力的FBAR滤波器与低噪声放大器的集成这可以通过放置一个预滤波器来阻止强干扰源信号泄漏到GPS接收器路径中来实现

wozuishuai

FBAR是Avago Technologies开发的突破性谐振器技术。

猴子爱宝宝

学习了................

123144483@qq.co

学习了

dingmin00

RF360 有extractor产品、可以满足GPS共cell的设计。