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利用外部低噪聲放大器（LNA）改善接收機(jī)靈敏度

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靈敏度指標(biāo)代表接收機(jī)捕獲弱信號的能力，由于該指標(biāo)直接影響系統(tǒng)的通信范圍，對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

在許多遙控門控（RKE）和胎壓監(jiān)測（TPM）設(shè)計(jì)中，制造商一般會(huì)利用接收機(jī)靈敏度（dBm）作為有別于競爭對手的關(guān)鍵參數(shù)。此外諸如噪聲系數(shù)、互調(diào)失真、動(dòng)態(tài)范圍，甚至功耗等其他接收機(jī)參數(shù)也是重要參數(shù)，因?yàn)殪`敏度和通信范圍是關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。

改善系統(tǒng)靈敏度的方法之一是外接低噪聲放大器（LNA）以增大鏈路增益。由于接收機(jī)靈敏度取決于系統(tǒng)噪聲系數(shù)、解調(diào)檢測所需的最小S/N比值以及系統(tǒng)熱噪聲，因此最小輸入信號電平為：

式中，S為所要求的最小輸入信號，dBm；NF是接收機(jī)噪聲系數(shù)；S/N為輸出信噪比（能夠正確檢測信號，通常對應(yīng)于能夠接收的誤碼率）；n0是接收機(jī)的熱噪聲功率，dBm。

為簡化計(jì)算，估計(jì)要求輸出S/N（曼徹斯特?cái)?shù)據(jù)）為5 dB。為了得到S，還需已知n0，其定義為：

式中，k為玻爾茲曼常數(shù) （1.38×10-23）；T為開爾文溫度；B為系統(tǒng)噪聲帶寬。

室溫條件下（T=290°K），1 Hz 帶寬，n0=-174 dBm （通常等于-174 dBm/Hz）；300 kHz IF 帶寬，n0為-119 dBm。

假設(shè)系統(tǒng)靈敏度為-109 dBm。采用式（1），能夠確定接收機(jī)的NF為5 dB。按照噪聲系數(shù)（NF）與噪聲因數(shù)（F）的關(guān)系式：（NF）db=10logF，則 F=10（NFdb/10），故 F=3.162。 計(jì)算多個(gè)雙端口設(shè)備的級聯(lián)噪聲因數(shù)為：

若在系統(tǒng)輸入增加一級外部LNA，利用式（3）計(jì)算新的噪聲因數(shù)。 對于 MAX2640型 LNA，NF=1dB （F1=1.26），增益為 15 dB （G1=31.62），由于原系統(tǒng)（MAX1470）的噪聲因數(shù)為F2=3.162，那么，最終得到的FTotal=1.327或1.23 dB。

圖1為外接MAX2640改善接收機(jī)靈敏度應(yīng)用電路。

圖1 外接MAX2640型LNA改善接收機(jī)靈敏度應(yīng)用電路

利用式（1）得現(xiàn)在靈敏度S=1.23-119+5=-112.77 dB。因此，增加一個(gè)外部LNA能夠使系統(tǒng)靈敏度提高3.77 dB，是否滿足系統(tǒng)要求還要視具體情況而定。噪聲系數(shù)畢竟只是系統(tǒng)指標(biāo)的一部分。MAX1470具有-34 dBm的系統(tǒng)IIP3，該參數(shù)基于內(nèi)部混頻器IIP3為-18 dBm，內(nèi)部LNA的增益為16 dB，得到-34 dBm的IIP3。增加一個(gè)外部MAX2640型LNA后,系統(tǒng)的IIP3從-34 dBm降至-49 dBm（LNA增益為15 dB），這意味著系統(tǒng)的信號處理能力降低了。換句話說，盡管系統(tǒng)靈敏度提高近4 dB，但系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍降低了15 dB。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)需判斷為了提高系統(tǒng)靈敏度是否值得以降低IIP3為代價(jià)。