移動電視前端的過載保護(hù)及高靈敏度設(shè)計方案

　　移動電視接收前端必須具有在遠(yuǎn)離發(fā)射器條件下工作所需的靈敏度，而且在有強(qiáng)信號時還能容忍過載。可被整集成到車載娛樂（ICE）系統(tǒng)，以及手機(jī)、便攜式數(shù)字助理（PDA）、筆記本電腦等多種便攜式電子設(shè)備內(nèi)的移動電視接收能力，即使在用戶的接收器和發(fā)射器間的距離隨行程而變化（不同于傳統(tǒng)廣播電視）的條件下也應(yīng)有良好的表現(xiàn)。將高增益低噪放大器（LNA）與一個PIN二極管旁路開關(guān)結(jié)合起來就可實現(xiàn)帶過載保護(hù)、具有高靈敏度的移動電視接收器前端的低成本方案。

　　實現(xiàn)移動電視接收器最實用的辦法是在強(qiáng)信號條件下降低接收機(jī)的增益。可變射頻信號增益簡化了對混頻器級的線性要求，從而允許使用低成本射頻IC來構(gòu)建接收模塊。在配有可切換/可調(diào)節(jié)增益接收器前端的級聯(lián)分析中，輸入三階交調(diào)截取點（IIP3）的改善將是增益變化的函數(shù)。與固定增益接收器相比，可調(diào)增益接收器能更好地處理強(qiáng)信號。

　　自動增益控制（AGC）電路也可被用于改變LNA增益，而且由于通常是在通道濾波器前實現(xiàn)AGC，所以它可以對來自鄰近信道傳輸?shù)倪^載做出響應(yīng)。

　　降低RF增益的一個辦法是在LNA之前將部分射頻信號分流到地。該方法使用的射頻開關(guān)元件數(shù)量最少，但是當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，會使得阻抗不匹配，從而可能影響系統(tǒng)其它部分。一種變通方法是把阻尼元件連至LNA并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的高阻抗或“熱”端，盡管從更大的增益控制范圍角度看，這種方法在LNA之前犧牲了射頻選擇性。

　　當(dāng)接收到的信號對LNA后面的各級（如混頻器或中頻（IF）放大器）呈過載時，還可以借助一對射頻開關(guān)來旁路LNA級。在旁路狀態(tài)，輸入信號直接傳送到下變頻器IC。只要旁路信號回路內(nèi)的器件匹配特征阻抗（移動電視是75Ω），不匹配的機(jī)會就會降至最小。當(dāng)然，增加的開關(guān)使電路更復(fù)雜。

　　另一種辦法是通過減小供給LNA的有源器件的靜態(tài)電流來降低射頻增益。類似雙柵極MOSFET等采用該技術(shù)的放大器和器件使用附加的器件終端來控制偏置電流。因為不采用開關(guān)元件，所以這種增益控制方法在電路上最簡單，但由于集電極/漏極電流低于額定器件直流工作點，它的線性度有所犧牲。

　　為滿足客戶對工作在47~870MHz頻譜的雙模（模擬/數(shù)字）移動電視接收機(jī)內(nèi)LNA的要求，考慮了幾種MMIC選擇，但它們的線性度并不夠好，因此沒被采用。這里采用一個寬帶高線性度MMIC LNA（MGA-68563型）和一個外接PIN二極管開關(guān)設(shè)計出了一個方案。

　　這款單級GaAs PHEMT LNA器件具有800微米的柵寬（圖3）。該器件的柵極連接到一個內(nèi)部電流鏡，以補(bǔ)充工藝變化的影響并將閾值電壓變異的影響降至最低。該LNA采用有損耗的負(fù)反饋以實現(xiàn)穩(wěn)定性并在100MHz~1GHz頻譜內(nèi)將幅度響應(yīng)平穩(wěn)在一個3dB的窗口內(nèi)（±1.5dB）。

　　因其內(nèi)部反饋和低于10dB的輸出回波損耗，該MMIC不需要輸出阻抗匹配。但在一個如此寬的頻率范圍（47~870MHz）對輸入進(jìn)行匹配，被證明并非易事且需要一個非傳統(tǒng)的方法，其中為優(yōu)化輸入回波損耗指標(biāo)，F(xiàn)ET的漏極電流（Ids）要高于標(biāo)稱值10mA。20mA的Ids就可滿足輸入回波損耗性能要求，但I(xiàn)ds被選為30mA以使其足夠?qū)捲硌a(bǔ)償增加的PIN二極管開關(guān)電路帶來的任何影響。該MMIC LNA的引腳4通過外接電阻器R1控制流過內(nèi)部偏置電流發(fā)生器的電流。改變R1的尺寸規(guī)格會改變Ids，但電源電壓Vd將保持為3V。將標(biāo)稱Ids加大三倍可提供更高線性度。

　　在設(shè)計LNA/開關(guān)電路時，一開始旁路開關(guān)采用了4個PIN二極管。對雙刀雙擲（DPDT）開關(guān)來說，這是常見的配置。該電路的工作原理是使位于上部的PIN二極管對導(dǎo)通，使下部的這對為零偏置，反之亦然。在正常操作中，只有低的這對PIN二極管導(dǎo)通，而LNA對射頻信號進(jìn)行放大。當(dāng)必須降低射頻增益時，上部這對PIN二極管導(dǎo)通，射頻信號以旁路模式圍繞LNA路由。這些電阻用于調(diào)節(jié)PIN二極管的正向電流以及將射頻信號與邏輯控制端口VSW1和VSW2隔絕。第一款設(shè)計用的元件數(shù)量不少，所以要尋找一種更簡單的方案。

　　通過與客戶溝通，我們開發(fā)出一種更簡單的雙刀單擲（DPST）開關(guān)，只需把旁路路徑與輸入和輸出端口連接或斷開。由于不再對LNA通路進(jìn)行切換控制，為利用未偏置FET的本有隔絕特性，在旁路模式時必須關(guān)閉LNA電源（Vdd）。這種方法降低了旁路通路的回波損耗性能，因為該通路具有未偏置FET并聯(lián)的有限柵極和漏極阻抗。

　　在正常工作中，PIN二極管電源關(guān)閉（VSW=0V），而LNA電源仍恢復(fù)至3V。但這些零偏置PIN二極管受到寄生電容的影響，因此LNA的增益與回波損耗性能因旁路路徑與輸入和輸出端口的不完全隔離而受損。