Thermal Noise :第一項是所謂的熱噪聲,亦即靈敏度會(huì )與溫度有關(guān),
-174dBm/Hz是指在常溫25度時(shí)的熱噪聲。
高溫時(shí)熱噪聲會(huì )加大,導致靈敏度變差。
反之,低溫時(shí)熱噪聲會(huì )減小,導致靈敏度變好,如下圖 :
而PCB溫度除了來(lái)自外在環(huán)境,也會(huì )來(lái)自于PCB本身的散熱
最典型就是PA
雖然GSM是分時(shí)多任務(wù) Tx跟RX不會(huì )同時(shí)運作
但有可能RX運作 TX Off時(shí)
PCB溫度 瞬間從高溫降到常溫嗎?
當然不可能啊 即便TXOff 但PA所導致的PCB溫度升高
會(huì )使RX靈敏度劣化
所以PA在Layout上的散熱考慮很重要
Noise Figure :
接收機整體的Noise Figure,公式如下 :
由上式可知,越前面的階級,對于NoiseFigure的影響就越大,
而一般接收機的方塊圖如下 :
因此,從天線(xiàn)到LNA,包含ASM、SAW Filter、以及接收路徑走線(xiàn),
這三者的Loss總和,對于接收機整體的Noise Figure,有最大影響,
因為若這邊的Loss多1 dB,則接收機整體的Noise Figure,就是直接增加1 dB,
因此挑選ASM跟SAW時(shí),要盡量挑選Insertion Loss較小的。
而SAW Filter可以抑制帶外噪聲,
因此原則上須在LNA輸入端,添加SAW Filter,避免帶外噪聲劣化接收機整體性能。
但有些接收機,其SAW Filter會(huì )擺放在LNA與Mixer之間,如下圖 :

前述說(shuō)過(guò),LNA輸入端的Loss,對于接收機整體的Noise Figure,有最大影響,
因此上圖的PCS與WCDMA,之所以將SAW Filter擺放在LNA之后,主要也是為了Noise Figure考慮,
假設SAW Filter的Insertion Loss為1 dB,LNA的Gain為 10 dB,
若將SAW Filter擺放在LNA之前,則接收機整體的Noise Figure,便是直接增加1 dB,
但若放在LNA之后,則接收機整體的Noise Figure,只增加了1/10 = 0.1 dB。
而在Layout時(shí),其接收路徑走線(xiàn)要盡可能短,線(xiàn)寬盡可能寬,這樣才能將其Insertion Loss降低,
甚至必要時(shí),可以將走線(xiàn)下層的GND挖空,如此便可以在阻抗不變的情況下,進(jìn)一步拓展線(xiàn)寬,使其Insertion Loss更為降低。
另外,LNA輸入端的Loss,除了Insertion Loss,也包含了Mismatch Loss,
因此之所以做接收路徑的匹配,主要也是為了降低Mismatch Loss,
以便進(jìn)一步降低Noise Figure,達到提升靈敏度之效。

相較于內層走線(xiàn),其表層走線(xiàn)可以有較短的走線(xiàn)長(cháng)度,
也可避免因穿層而產(chǎn)生的阻抗不連續效應,也較容易將阻抗控制在50奧姆(單端)或100奧姆(差分),
同時(shí)也可擁有較寬的線(xiàn)寬,
換句話(huà)說(shuō),表層走線(xiàn)可以有較小的Mismatch Loss與InsertionLoss,
這對Noise Figure的降低,靈敏度的改善,自然是有幫助。
由前述Noise Figure公式可知,Gain越大,其N(xiāo)oise Figure越小,
因此理所當然的,其High Gain Mode的NoiseFigure,比Low Gain Mode來(lái)得低。

同時(shí)由前述已知,所謂靈敏度,指的是在SNR能接受的情況下,其接收機能接收到的最小訊號,
因此當接收訊號微弱時(shí),其N(xiāo)oise Figure便顯得很重要,
故需要啟動(dòng)High Gain Mode,來(lái)將NoiseFigure壓低,以便獲得較佳的靈敏度。
LNA Gain :
雖然Gain的提高 有助于Noise Figure的壓低 來(lái)提升靈敏度
然而 要考慮后端Mixer的線(xiàn)性度
由于Mixer所輸入的,是LNA放大后的訊號,故其線(xiàn)性度需比LNA大,

如上圖,若LNA的Gain太大,
會(huì )導致Mixer輸入訊號過(guò)強,有可能會(huì )使Mixer飽和,其N(xiāo)oise Floor上升,SNR下降,其接收機整體的Noise Figure反而上升,
使得靈敏度劣化。
以零中頻接收機架構來(lái)做分析。
若Mixer的線(xiàn)性度不夠,會(huì )因過(guò)強的輸入訊號,而產(chǎn)生DCOffset,使靈敏度劣化,如下圖 :

以IMD分析,
假設該兩輸入訊號,其頻率極為接近,
假設f1為干擾源,f2為訊號,若f1=f2,那么
IMD2 : f1-f2 = 0 => DC Offset,

而倘若該兩輸入訊號,其頻率相差甚遠,
假設f1為干擾源,f2為訊號,若f1=2f2,那么
IMD3 =2f2-f1 => DC Offset
其分析如上述,對于靈敏度,同樣會(huì )有危害。
所以簡(jiǎn)單講 當你Mixer線(xiàn)性度不夠時(shí)
LNA的Gain太大 反而會(huì )使靈敏度變差
雖然在要求線(xiàn)性度的情況下,其Gain不宜過(guò)大,
然而不代表Gain較小時(shí),其靈敏度就一定變差,
以高通的RTR6285A與WTR1605L為例,我們發(fā)現WTR1605L的Gain比較低,
但其N(xiāo)oise Figure并未比較高,如下圖 :

而量測結果也顯示,Gain較低的WTR1605L,其靈敏度比Gain較高的RTR6285A更好,
這表示若LNA跟Mixer本身的Noise Figure能降低,
即使Gain較小,其N(xiāo)oise Figure一樣能壓低,進(jìn)而擁有較佳的靈敏度。

帶寬 :由前述靈敏度公式可知,
其靈敏度與帶寬有關(guān),帶寬越寬,其靈敏度就越差。
WCDMA的帶寬為5 MHz,GSM的帶寬為200 KHz,
因此理論上,WCDMA的靈敏度會(huì )較差,
但實(shí)際上在量測時(shí)會(huì )發(fā)現,
WCDMA的靈敏度普遍都比GSM來(lái)得好,
而對于WCDMA靈敏度的規范,也比GSM的-102 dBm來(lái)的嚴格,如下圖 :

這主要與WCDMA的展頻機制有關(guān), WCDMA為了使訊號不易
被干擾與擷取,因此采用了展頻技術(shù),
同時(shí)也由Shannon theorem得知,

當帶寬拓展后,其信道容量也提升了,連帶提高了Data Rate。
另外,由于原始數據的Chip Rate,會(huì )在展頻后大大提升,
使得訊號會(huì )額外獲得增益,進(jìn)而再提高SNR,該增益稱(chēng)為處理增益,ProcessingGain,GP

R是原始資料的Chip Rate,RC是展頻后的Chip Rate,
R與RC分別為12.2Kbps與3.84Mcps,帶入上式,


由上圖可知,當WCDMA的接收訊號展頻后,會(huì )額外再獲得25 dB的Gain,提高SNR,進(jìn)而提高靈敏度,
因此雖然WCDMA的帶寬較寬,但實(shí)際上在量測時(shí),其靈敏度普遍都比GSM來(lái)得好。
而制訂國際規范的單位,也知道這一點(diǎn),故其WCDMA的靈敏度,會(huì )制定得比GSM來(lái)的嚴格
SNR :
由前述已知,靈敏度指的是在SNR能接受的情況下,其接收機所能接收到的最小訊號,
以GSM要求的靈敏度 -102 dBm為例,其SNR至少需9 dB,BER不得超過(guò)2.44%,
然而現今GSM接收器,如前述高通的RTR6285A與WTR1605L,
在Cell Power為 -102 dBm時(shí),其SNR都大于最低要求的9 dB,
換句話(huà)說(shuō),當SNR為最低要求的9 dB時(shí),其靈敏度至少都能有 -108 dBm的水平,如下圖 :

若其發(fā)射端的LO,若其Phase Noise過(guò)大,
雖然不會(huì )使接收訊號變小,但會(huì )導致Noise Floor上升,SNR會(huì )變小,以至于靈敏度變差。

或是解調時(shí),外來(lái)噪聲會(huì )與接收端的LO產(chǎn)生交互混波,導致SNR變小,靈敏度變差。

亦或是在基帶數字信號處理過(guò)程中,引入額外噪聲,導致SNR變小,
以至于靈敏度變差, 其中原因之一,便是來(lái)自于IQ訊號。

差分訊號具有良好的抗干擾特性,因此IQ訊號,多半為差分型式。
而IQ訊號彼此相位差為90度,而差分訊號之相位差為180度,
因此IQ訊號全部四條訊號線(xiàn)的相位差如下圖 :

然而,若IQ訊號振幅不相等,則稱(chēng)為IQ Gain Imbalance。
若IQ訊號相位差不為90度,則稱(chēng)為IQ phase Imbalance,
而多半會(huì )將這兩種現象,統稱(chēng)為IQ Imbalance。
引起IQ Imbalance的因素有許多,例如Layout好壞也會(huì )影響IQ Imbalance
由于IQ訊號會(huì )走差分訊號型式,
而差分訊號需符合等長(cháng),間距固定,以及間距不宜過(guò)大的要求,
但實(shí)際Layout很難完全符合這些需求,
因此會(huì )有IQ Imbalance。
而在解調時(shí),會(huì )以所謂的EVM(Error Vector Magnitude),來(lái)衡量IQ Imbalance的程度,如下圖 :

而EVM與SNR成反比,如下式 :

亦即若EVM過(guò)大,則SNR就低,那么靈敏度就會(huì )劣化。

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