Das Front-End des mobilen Fernsehempfängers muss über die erforderliche Empfindlichkeit verfügen, um weit vom Sender entfernt zu arbeiten und bei starkem Signal eine Überlastung zu tolerieren. Es kann in fahrzeuginterne Unterhaltungssysteme (ICE) sowie in mobile TV-Empfangsfunktionen in einer Vielzahl von tragbaren elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen, tragbaren digitalen Assistenten (PDAs) und Notebooks integriert werden, selbst wenn der Abstand zwischen den Der Empfänger und der Sender des Benutzers variieren. Er sollte auch unter den Bedingungen eines sich ändernden Zeitplans (im Gegensatz zu herkömmlichem Rundfunk und Fernsehen) eine gute Leistung erbringen. Durch die Kombination eines rauscharmen Verstärkers mit hoher Verstärkung (LNA) mit einem PIN-Dioden-Bypass-Schalter kann eine kostengünstige Lösung für ein Front-End eines mobilen TV-Empfängers mit Überlastschutz und hoher Empfindlichkeit erzielt werden.
Der praktischste Weg, einen mobilen Fernsehempfänger zu realisieren, besteht darin, die Verstärkung des Empfängers unter starken Signalbedingungen zu verringern. Die variable HF-Signalverstärkung vereinfacht die Linearitätsanforderungen der Mischstufe und ermöglicht die Verwendung kostengünstiger HF-ICs zum Aufbau von Empfängermodulen. Bei einer Kaskadenanalyse mit einem umschaltbaren / einstellbaren Verstärkungsempfänger-Frontend ist die Verbesserung des Intermodulationsschnittpunkts dritter Ordnung (IIP3) des Eingangs eine Funktion der Verstärkungsänderung. Im Vergleich zu Empfängern mit fester Verstärkung können Empfänger mit einstellbarer Verstärkung starke Signale besser verarbeiten.
Die AGC-Schaltung (Automatic Gain Control) kann auch zum Ändern der LNA-Verstärkung verwendet werden. Da die AGC normalerweise vor dem Kanalfilter implementiert wird, kann sie auf die Überlastung der Nachbarkanalübertragung reagieren.
Eine Möglichkeit, die HF-Verstärkung zu verringern, besteht darin, einen Teil des HF-Signals vor dem LNA auf Masse zu leiten. Diese Methode verwendet die geringste Anzahl von HF-Schaltelementen. Wenn der Schalter jedoch ausgeschaltet wird, stimmt die Impedanz nicht überein, was sich auf andere Teile des Systems auswirken kann. Eine Problemumgehung besteht darin, das Dämpfungselement mit dem hochohmigen oder "heißen" Ende des LNA-Parallelresonanznetzwerks zu verbinden, obwohl dieser Ansatz aus Sicht eines größeren Verstärkungsregelungsbereichs die HF-Selektivität vor dem LNA opfert.
Wenn das empfangene Signal die Stufen hinter dem LNA überlastet (z. B. einen Mischer oder einen Zwischenfrequenzverstärker), kann auch ein Paar HF-Schalter verwendet werden, um die LNA-Stufe zu umgehen. Im Bypass-Zustand wird das Eingangssignal direkt an den Abwärtswandler-IC übertragen. Solange die Komponenten in der Bypass-Signalschleife mit der charakteristischen Impedanz übereinstimmen (mobiles Fernsehen beträgt 75 Ω), wird die Wahrscheinlichkeit einer Nichtübereinstimmung minimiert. Natürlich macht der hinzugefügte Schalter die Schaltung komplizierter.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die HF-Verstärkung zu verringern, indem der dem aktiven Gerät des LNA zugeführte Ruhestrom verringert wird. Verstärker und Geräte, die diese Technologie verwenden, wie z. B. Dual-Gate-MOSFETs, verwenden zusätzliche Geräteanschlüsse, um den Vorspannungsstrom zu steuern. Da kein Schaltelement verwendet wird, ist dieses Verstärkungsregelungsverfahren das einfachste in der Schaltung. Da jedoch der Kollektor- / Drainstrom niedriger als der DC-Betriebspunkt des Nenngeräts ist, wird seine Linearität geopfert.
Um die Kundenanforderungen für LNA in mobilen (analogen / digitalen) Dual-Mode-TV-Empfängern im Spektrum von 47 bis 870 MHz zu erfüllen, wurden mehrere MMIC-Optionen in Betracht gezogen, deren Linearität jedoch nicht gut genug war, sodass sie nicht übernommen wurden. Hier wird ein Breitband-MMIC-LNA mit hoher Linearität (Typ MGA-68563) und ein externer PIN-Diodenschalter verwendet, um ein Schema zu entwerfen.
Diese einstufige GaAs-PHEMT-LNA-Vorrichtung hat eine Gate-Breite von 800 Mikrometern (Abbildung 3). Das Gate des Geräts ist mit einem internen Stromspiegel verbunden, um die Auswirkungen von Prozessänderungen zu ergänzen und die Auswirkungen von Schwellenspannungsschwankungen zu minimieren. Die LNA verwendet verlustbehaftete negative Rückkopplung, um Stabilität zu erreichen und die Amplitudenantwort innerhalb eines 3dB-Fensters (± 1.5 dB) im 100-MHz-1-GHz-Spektrum zu stabilisieren.
Aufgrund seiner internen Rückkopplung und Ausgangsrückflussdämpfung von weniger als 10 dB erfordert dieses MMIC keine Anpassung der Ausgangsimpedanz. Die Anpassung des Eingangs in einem so weiten Frequenzbereich (47 bis 870 MHz) erwies sich jedoch als schwierig und erfordert ein unkonventionelles Verfahren. Um den Eingangsrückflussdämpfungsindex zu optimieren, muss der Drainstrom (Ids) des FET hoch sein. Der Nennwert beträgt 10 mA. Die 20-mA-IDs können die Anforderungen an die Eingangsrückflussdämpfung erfüllen. Die IDs wurden jedoch als 30 mA ausgewählt, um sie breit genug zu machen, um alle Auswirkungen zu kompensieren, die durch die hinzugefügte PIN-Diodenschaltschaltung verursacht werden. Pin 4 des MMIC LNA steuert den Strom, der durch den internen Vorspannungsstromgenerator über einen externen Widerstand R1 fließt. Durch Ändern der Größe von R1 werden die Ids geändert, aber die Versorgungsspannung Vd bleibt bei 3 V. Das Dreifache der nominalen Ids kann eine höhere Linearität liefern.
Bei der Auslegung der LNA / Schalter-Schaltung wurden zu Beginn 4 PIN-Dioden im Bypass-Schalter verwendet. Dies ist eine übliche Konfiguration für DPDT-Schalter (Double Pol Double Throw). Das Arbeitsprinzip dieser Schaltung besteht darin, das Paar von PIN-Dioden am oberen Teil leitend zu machen und das Paar am unteren Teil auf Null vorzuspannen und umgekehrt. Im Normalbetrieb leitet nur das niedrige Paar von PIN-Dioden, und der LNA verstärkt das HF-Signal. Wenn die HF-Verstärkung verringert werden muss, wird das obere Paar von PIN-Dioden eingeschaltet und das HF-Signal wird in einem Bypass-Modus um den LNA geleitet. Diese Widerstände werden verwendet, um den Durchlassstrom der PIN-Diode einzustellen und das HF-Signal von den Logiksteuerungsports VSW1 und VSW2 zu isolieren. Das erste Design verwendete viele Komponenten, daher war eine einfachere Lösung erforderlich.
Durch die Kommunikation mit Kunden haben wir einen einfacheren zweipoligen Einwegschalter (DPST) entwickelt, der nur den Bypass-Pfad zu den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbinden oder trennen muss. Da die Schaltsteuerung des LNA-Pfades nicht mehr durchgeführt wird, muss die LNA-Stromversorgung (Vdd) im Bypass-Modus ausgeschaltet werden, um die inhärenten Isolationseigenschaften des unverzerrten FET zu nutzen. Dieser Ansatz verringert die Rückflussdämpfungsleistung des Bypass-Pfades, da dieser Pfad parallel zu unverzerrten FETs eine endliche Gate- und Drain-Impedanz aufweist.
Während des normalen Betriebs ist die Stromversorgung der PIN-Diode ausgeschaltet (VSW = 0 V), während die LNA-Stromversorgung weiterhin auf 3 V wiederhergestellt ist. Diese PIN-Dioden mit Nullvorspannung werden jedoch von der parasitären Kapazität beeinflusst, so dass die Verstärkungs- und Rückflussdämpfungsleistung des LNA aufgrund der unvollständigen Isolierung des Bypass-Pfades von den Eingangs- und Ausgangsports beeinträchtigt wird.
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