利用外部低噪声放大器（LNA）改善接收机灵敏度

Maxim公司

利用外部低噪声放大器（LNA）改善接收机灵敏度

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灵敏度指标代表接收机捕获弱信号的能力，由于该指标直接影响系统的通信范围，对于系统设计非常关键。

在许多遥控门控（RKE）和胎压监测（TPM）设计中，制造商一般会利用接收机灵敏度（dBm）作为有别于竞争对手的关键参数。此外诸如噪声系数、互调失真、动态范围，甚至功耗等其他接收机参数也是重要参数，因为灵敏度和通信范围是关键参数指标。

改善系统灵敏度的方法之一是外接低噪声放大器（LNA）以增大链路增益。由于接收机灵敏度取决于系统噪声系数、解调检测所需的最小S/N比值以及系统热噪声，因此最小输入信号电平为：

式中，S为所要求的最小输入信号，dBm；NF是接收机噪声系数；S/N为输出信噪比（能够正确检测信号，通常对应于能够接收的误码率）；n0是接收机的热噪声功率，dBm。

为简化计算，估计要求输出S/N（曼彻斯特数据）为5 dB。为了得到S，还需已知n0，其定义为：

式中，k为玻尔兹曼常数 （1.38×10-23）；T为开尔文温度；B为系统噪声带宽。

室温条件下（T=290°K），1 Hz 带宽，n0=-174 dBm （通常等于-174 dBm/Hz）；300 kHz IF 带宽，n0为-119 dBm。

假设系统灵敏度为-109 dBm。采用式（1），能够确定接收机的NF为5 dB。按照噪声系数（NF）与噪声因数（F）的关系式：（NF）db=10logF，则 F=10（NFdb/10），故 F=3.162。 计算多个双端口设备的级联噪声因数为：

若在系统输入增加一级外部LNA，利用式（3）计算新的噪声因数。 对于 MAX2640型 LNA，NF=1dB （F1=1.26），增益为 15 dB （G1=31.62），由于原系统（MAX1470）的噪声因数为F2=3.162，那么，最终得到的FTotal=1.327或1.23 dB。

图1为外接MAX2640改善接收机灵敏度应用电路。

图1 外接MAX2640型LNA改善接收机灵敏度应用电路

利用式（1）得现在灵敏度S=1.23-119+5=-112.77 dB。因此，增加一个外部LNA能够使系统灵敏度提高3.77 dB，是否满足系统要求还要视具体情况而定。噪声系数毕竟只是系统指标的一部分。MAX1470具有-34 dBm的系统IIP3，该参数基于内部混频器IIP3为-18 dBm，内部LNA的增益为16 dB，得到-34 dBm的IIP3。增加一个外部MAX2640型LNA后,系统的IIP3从-34 dBm降至-49 dBm（LNA增益为15 dB），这意味着系统的信号处理能力降低了。换句话说，尽管系统灵敏度提高近4 dB，但系统的动态范围降低了15 dB。因此系统设计人员在设计时需判断为了提高系统灵敏度是否值得以降低IIP3为代价。