高敏感度SAW滤波器在无线数据测量中的应用

2015-03-18 12:56:43   来源:eechina   

关键字: SAW  高敏感度  滤波器  数据测量

一个高效、精美的建筑物和能源管理系统应包括对业主电力、煤气和水进行自动记录的功能,这样不仅可降低成本、控制出错几率,还可免去费时的人工现场抄表作业。  

先进抄表网络基础设施(AMI)系统用于记录用户数据,该系统通过无线电将数据传送到公共事业部门的网络中,再由能源管理系统对这些数据进行分析。收发机的灵敏性和选择性对于AMI和网络之间的可靠无线电连接至关重要。  

通常有两种AMI系统:简单的单传系统和复杂的收发系统。传送机发送带有专门定时的数据,而收发机则只有在收到确认正确接收的单元所轮询后才发送数据。  

SAW滤波器的优势  

为保证可靠的数据传输,采用了各种各样的模块化方案。为此,作为一项规则,在多信道应用中,通常采用跳频展频(FHSS)或直接序列展频(DSSS)技术。比较而言,单信道应用时,则采用振幅偏移键控法(ASK)或频率键控(FSK)技术。AMI系统必须能够处理这些调制程序。另外,在实际应用中,还有来自其他无线射频的干扰,比如无线电话或业余无线电爱好者。因此无线射频前端必须具有高敏感度,以及很强的抗干扰能力。  

现有的AMI系统使用SAW滤波器来抑制产生于IC的谐波和干扰发射信号。同时,它还可以保证高选择性。例如,在滤波器放置在天线后面或前面的AMI收发机的接收区域时。  

与其它滤波方案相比,SAW滤波器具有一定的优势。例如,与LC滤波器相比较,即使是宽带SAW滤波器也具有更高的选择性、更低的插入损耗,因此其敏感度也更高(图1)。SAW滤波器的另一个优点是具有更低的温度系数。  

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电路布局在AMI系统中的作用  

对于LC和SAW滤波器而言,高选择性通常意味着高插入损耗和更低的敏感度。电路布局在AMI系统中起了关键的作用,这一点可以通过四项计算得以说明。在每个算式中,噪声因数F或更常见的对数噪声符号NF是衡量敏感度的参数。噪声因数指的是信噪电压比,它说明了与输出时该比率有关的四极元件的输入情况。公式如下:  

F=frac{S_{i}N_{i}}{S_{o}N_{o}}  

或  

NF=10log(F) (1)  

其中:  

Si:输出时的信号;So:输入时的信号;Ni:输入时的噪声;No:四极输出时的噪声。如果有两个以上的四极元件,可通过下列公式计算总噪声系数F1-n:  

F_{1-n}=F_{1}+frac{F_{2}-1}{G_{1}}+frac{F_{3}-1}{G_{1}G_{2}}+…+frac{F_{n}-1}{G_{1}G_{2}…G_{n-1}} (2)  

其中:  

n:四极数目;Fn:噪声因数;Gn:n个四极的增益因数。  

直接安装在天线后面的第一个四极起了关键的作用。原则上说,它的噪声系数界定了总噪声系数的范围。  

为简便起见,在相应的开关布局举例中,总噪声系数的计算中忽略了传送/接收(Tx/Rx)开关或平衡-不平衡转换器。在这些举例中,SAW滤波器的插入损耗IL、增益G、LNA以及接收机IC的噪声系数NF和噪声因数F均具有同样的值。同时,假设SAW滤波器的增益与其损耗相符,并假定它的噪声系数为其IL的负值。  

所有四个例子的参数条件如下:  

L_{SAW}=G_{SAW}=?2.9dB  

G_{SAW(Linear)}=0.513  

NF_{SAW}=2.9dB→F_{SAW}=1.95  

G_{LNA}=15dB  

G_{LNA(Linear)}=31.62  

NF_{LNA}=1.5dB→F_{LNA}=1.41  

NF_{RxIC}= 8dB,NF_{RxIC(Linear)}= 6.31  

这四个例子各有优缺点。在例4中,总噪声系数是5.37 dB, 因此它的配置是基于无线射频AMI系统的最佳解决方案。它的特点是敏感度和选择性更高,再加上由于与第二个SAW滤波器对称工作,共模抑制率得以改善。  
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0318/article_11058.html
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