最近，有报道称，诺基亚宣布了其智能手机的新版Ovi地图，其中将包括高端步行和驾驶导航。此举被视为GPS手机导航行业和GPS导航相关行业的一次大变革。随着手机性能的普遍提升和手机GPS接收机特有问题的解决，GPS功能已经不再是高端手机的专属配置，正在向普通手机的标配发展。GPS功能介绍GPS全称为全球定位系统，由24颗卫星组成，分布在6个不同高度的轨道上。根据功能，GPS可分为导航和定位。按用途分军用和民用。其中军用频率为1.227GHz，由美军垄断。主要用于军事和战争目的，如武器制导和侦察，精度高。民用频率1.575GHz，全球免费使用。它主要用于海航、自然科学领域，更广泛地应用于我们熟悉的汽车导航等。只有同时接收到三颗星的有效信号，才能确定它们的位置。GPS信号较弱，接收机灵敏度通常在-136dBm左右。GPS手机的挑战手机应用的特点：体积小、功耗低、生产率高、设备便宜、设计时间短、产品上市快。相对于独立的GPS接收机，基于手机平台的GPS功能要求更高，挑战也更多，主要考虑以下几个方面：电子环境、功耗、体积、价格、设计方便、性能指标容易实现。普通的单芯片GPS接收机采用CMOS工艺，不能达到很高的接收机灵敏度。与行驶在相对较宽道路上的汽车相比，手持GPS比车载更灵活，其所在位置的信号会更弱，多径接收更常见。有必要在接收机前端增加滤波器和低噪声放大器。手机上GPS的设计考虑到电子环境更差。GPS接收机和手机功放在同一块板上。对于1.575GHz GPS信号，其带外信号主要包括：900 MHz和1800 MHz GSM功放；1800—1900兆赫的PCS功率放大器；2.4GHz WLAN，蓝牙；以及2.5-2.7 GHz的WiMAX。虽然这些信号不是同时存在的，但是都很强，对GPS接收的性能影响很大。实验表明-15dBm带外信号会导致GPS低噪声放大器增益下降1dB。因此，在选择手机GPS低噪声放大器时，不仅要看其本身的噪声系数和增益，还要关注其带外衰减指标，这对GPS接收机的捕获能力、跟踪性能和定位精度，甚至能否正常工作都至关重要。CDMA、WCDMA手机的收发机是双工的，其功放的发射信号和噪声会干扰甚至阻断GPS信号。因此，GPS接收机必须配备LNA和高性能滤波器。LNA提高了其接收灵敏度，而滤波器增强了带外衰减。设计和布线的另一个好处是LNA可以靠近天线放置，降低了对GPS接收机模块位置的要求，GPS接收机的噪声系数提高了1.5dB左右，但由于GSM手机收发机是时分工作的，对GPS信号的带外衰减要求相对不是很严格，所以可以省去高性能滤波器，采用简单的滤波和低噪声放大器方案来实现GPS接收机的前端，从而节省成本。根据系统和平台的不同，目前手机GPS接收前端有几种方案：-在GMS系统上，选择有源天线，即低噪声放大器和GPS接收天线集成在一起；-在CDMA、WCDMA系统中，有独立的低噪声放大器滤波器，两种器件的材料和性能可选。以上方案对设计时间、设计难度、性能指标、PCB尺寸、元器件数量都是一个挑战。随着市场需求的变化，集成了滤波器和低噪声放大器的GPS前端得到了广泛的应用，其效益是显而易见的。像分立器件一样，它们有不同的组合：LNA陶瓷滤波器或LNA SAW(表面声波滤波器)。在市场上，约
Avago公司致力于GPS接收前端模块Avago，结合业界领先的CaAs E-pHEMT工艺和FBAR滤波技术，提供一系列GPS射频前端模块，为GPS加低噪声放大器前端提供多种选择。详见图1、图3、图4和图5。其结构是：滤波LNA滤波器；过滤LNA；LNA滤波器；还是单纯的LNA，Avago在规划设计这些产品的时候已经充分考虑了其应用环境，是手机GPS接收设计的首选。CaAs E-pHEMT低噪声放大器的特点CaAs E-pHEMT与其他材料和工艺相比，具有以下优点：低噪声系数，是低噪声放大器的首选；低工作电压下线性度高，提高了接收机的动态范围，有利于后续的信号混频和解调；高增益就是放大器的价值。因此，CaAs E-pHEMT是噪声系数、线性度和增益的完美结合，这是Si材料的低噪声放大难以实现的。FBAR滤波器的特点陶瓷滤波器能承受大功率，温度特性好，但体积大，Q值不如bearSAW滤波器功耗低，特殊温差，Q值低，价格低。在一些指标要求不高的手机上也有应用；FBAR滤波器：性能好，体积小，易于集成。随着双工器和滤波器替代SAW在手机中的应用越来越多，其性价比得到了大家的认可。ALM-1712 GPS接收前端示例下图1所示为Avago的ALM-1712产品，由两个FBAR滤波器和一个LNA组成，三级的总噪声系数为1.65 dB。RF ESD 3KV，无需额外的ESD保护器件，节省空间和成本。工作电压低至1V，关闭功能满足手机应用中的低功耗要求，可变偏置在各种性能指标之间提供了理想的平衡。封装为4.5(L)x2.2(W)x1(H) mm3，外围器件只有8个电阻、电容和电感器件。图1: Avago ALM-1712产品。下图2显示1.575GHz的增益为12.8 dB在Vdd=2.7V的偏置下，Idd=8.0mA线性IIP3=7 dBm，IP1dB=3 dBm，900MHz带外衰减高达95dBc，1800MHz带外衰减高达90dBc，有效保证了GPS接收机在恶劣的电子环境下也能正常工作。ALM-1712很好的满足了手机GPS的特殊要求：电子环境、功耗、体积和成本要求、设计时间和性能指标，这些对于手机厂商来说不言而喻。以下是市场上常用的两种车型的主要指标。当低噪声放大器采用CaAs E-pHEMT工艺时，不难看出FBAR滤波器对PCS频段的抑制比SAW高21dB( 63对42)。附图1是Avago的GPS接收机前端产品线的发展路线图。不难发现，Avago非常重视GPS接收机前端模块和低噪声放大器的市场。随着不同功能和性能的产品在GPS接收机中的广泛应用，Avago将继续推出更多符合市场需求的产品。详情可咨询Avago亚太区重要代理商世强电信。图1: Avago technology GPS接收机前端产品针对GSP、ISM和WiMAX市场的开发路线图。最近，Avago推出了MGA-24106低噪声放大器，它继承了Avago低噪声放大器产品的噪声系数、增益和线性度的优势。在3.3V6mA，1.57GHz的偏置下，噪声系数为0.87，增益为19.6dB，IP1dB为-8.7dbm，iip3为-0.2dbm，可以在低至1.8V的电压下正常工作，封装为1.5x1.2x0.5mm3，只需要很少的外围器件。在体积、功耗、低电压运行上更胜一筹，价格更具市场竞争力。在手持和移动终端无线设备中具有广阔的应用前景。图2显示了用于移动电话的FBAR、声表面波和陶瓷滤波器的性能比较。FBAR技术是Avago公司的另一条领先的技术产品线。手机中的双工器、复用器和各种滤波器占据了很大份额。(世强电信)图2:2:FBAR、声表面波和陶瓷滤波器的性能比较
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