蜂窝电话手机噪声的处理

2006-05-07 15:50:09来源: 电子产品世界

流行的手机蜂窝无线电收发器要从很多不希望信号中间选择和解调所希望的信号。典型逢窝无线电所希望信号的幅度只有0.35μV,这比邻近不希望信号幅度低100dB以上。为了把此信号放大到适合于解调的电平,蜂窝无线电往往含有增益大于80dB的频(IF)部分。

为了满足位误差率(BER)的要求,必须了解和处理系统的电噪声。屏蔽和滤波方法是有效的,但这些措施会使用户蜂窝电话的散热、尺寸、重量和成本增加,而导致电池寿命缩短。

一种很好的方法是在设计系统的开始就知道噪声谱不要干扰系统性能。处理蜂窝手机中的噪声需要了解:

·噪声传输机理

·最大噪声灵敏点

·噪声产生电路

蜂窝电话手机

由RF、数字和模拟电路构成的数字蜂窝电话是封装、人机接口和功率守恒考虑的极品。简化框图示于图1。其RF部分由滤波器、低噪声放大器、混频器、功率放大器(PA)和频率合成器组成。图中的数字ASIC包含DSP和系统控制处理器、混合式ASIC包含用于调制和解调IF信号的数据变换器。系统控制处理器通常控制蜂窝电话操作至关重要的人机接口和智能功率管理任务。

功率分配子系统(图2)管理电池组,在处理器控制下根据各个无线系统(如GSM或IS95)的要求使电话处在不同的工作模式。这种功率管理技术使电池有最大可能的电池寿命。

噪声传播机构

从噪声产生器到噪声接收器的噪声传播有两种方法:传导和辐射。传导模式是通过导线、印刷电路板线迹、金属机壳或电子元件(如电容器)传播噪声。辐射是通过空气或绝缘材料(如RF4电路板材料)传播噪声能量。传导噪声可用传统电路技术滤波;辐射噪声通常用屏蔽使其减至最小。

系统中的传导噪声存在有效"天线"时往往会变成辐射噪声。一般都知道传导噪声是出现在特定的导体上,能够用滤波滤掉,但辐射噪声是渗透在系统各处。所以,最好的设计是保持噪声处于传导模式而不允许噪声辐射。

功率放大器(PA)

PA从电源吸入大量电流而产生噪声。一个3.6V效率50%的PA(其信号在到达天线前面对3dB衰减)可从单节Li+电池吸入600mA~800mA电流。这种大的电源电流流经电池中的电阻、连接器、PCB线迹和地返回通路,在蜂窝电话各外电源线上产生额外噪声。对于采用脉冲传输模式(由GSM和IS136TDMA标准规定)系统联接问题,只在短时间间隔导通PA,脉冲模式利用电源和分配子系统的几个瞬变过程。

在脉冲模式系统中,为PA供电的一种流行方式是提高电源电压,从而降低蜂值电流,便噪声最小并可采用更普通和价廉的PA技术。仍需要提供一个蜂值电流,而导致升压变换器超过规定指标。一个好的解决方案是把升压能量存储在大电容器上。然后,升压变换器只需在发送器脉冲之间充满电容器上的电荷。典型的发送器占空因数大约为12%。

PA供电问题虽已解决,但剩下的问题是一般DC-DC变换器的特性:当它感测到电容器电压下降时会尽快为电容器充满电荷,从Li+电池吸入浪涌电流,返过来会带来噪声问题。此问题(用大电容器为GSM/TDMA发关器供电)唯一的解决办法是在设计中加入一些芯片(见图3)。

MAX1687是一款升压变换,它用恒流或恒定时间算法为储存电容器重新充电,这两种算法都由用户设置。因此,电容器和电源变换器直辖市工作来保持有效的电源变换而使系统击穿降到最小,可以跟踪到PA的大浪涌。显了进一步控制噪声,这些芯片在发送脉冲期间可载止其内部开关模式电源。

低压差(LDO)稳压器如同噪声源

LDO稳压器是由电压基准、误差信号放大器和串联通路晶体管组成,它可能是一种宽带噪声源,这与它执行的功能有关,LDO框图见图4a。电压基准和误差信号放大器一样都有大的噪声含量。

低噪声LDO稳压器(MAX8877)的基准电压连到封装引脚,可使用户在该引脚增加一个电容器(见图4b)把噪声旁路到地。例如,一个0.01电容器可使输出噪声在10Hz~100kHz带宽内降到30μVrms。

对于低电流和低压差,一般线性稳压器值的十分之一为最佳。

LDO对于手机各部分彼此隔离也是有用的。在LDO带宽内,MAX8877抑制电源噪声60dB左右(在10kHz)。根据PCB面积,这种抑制是希望的(IC用SOT235封装)。在低频给出同样滤波功能的无源元件是大而重的。所以,低噪声LDO很适用于要求更小和成本更低的新式数字蜂窝电话。

开关电源提高效率

开关电源(SMPS)在新式蜂窝电话中占有一度之地。最新的SMPS IC具有小尺寸、高效率、低压差电压、小的外部元件和噪声控制特性。例如,MAX1692降压电源变换器采用脉宽调制(PWM)和同步校正使效率达90%以上,具有低的可预测的噪声谱。它工作在Li+电池,可产生低到1.25V的电源电压,为当代蜂窝电话中的大量ASIC供电。

为控制可能来自高增益RF部分(如IF部分)的辐射干扰,MAX1692可与外部晶振控制时钟(由TCXO产生)同步(频率在500kHz和1MHz之间)。对于外部小元件的使用和噪声谱设计,高频率工作是至关重要的。

开关电源产生的噪声谱在最低频率是SMPS的基频开关频率。谐波之间间距等于此基础,但频谱的其他方面很难预测。噪声功率对谐波的贡献是波形(为时间函数)、电流电平、电感器值、电容器值和PCB布局的函数。

开关噪声要顺输入、输出和地线上传导或由PCB迹线辐射。应使来自SMPS的传导噪声和纹波最小,即使增加滤波网络降低传导噪声,实际上会增加辐射噪声。来自布线的噪声辐射在系统各处传输,呈现在系统各处。

假设PCB布局是最佳的,人们应该检验工作频率以确定它与无线电接收机IF和IF频宽的关系。若IF频宽低于SMPS工作频率,则应该置IF在SMPS工作频率,则应该置IF在SMPS谐波之间的"无噪区域"("quiet zone")。一旦做到这样,SMPS噪声不可能污染高增益IF部分,即使在系统中存在噪声,由于IF通带没有能量成分,也可做到这点。为了考虑合适的选择和折衷方案,噪声设计步骤应在无线电频率设计阶段的初期就考虑。为了能很好地处理蜂窝电话噪声问题,必须了解电话噪声耦合机构、噪声敏感电路、结点和噪声产生电路。来自SMPS的辐射噪声很大程度大依赖于PCB布局。小的线性稳压器具有有源噪声滤波和干扰旁路,可产生频率合成器所需的非常低的噪声电平。把IF放置在电源噪声谐波间的无噪区域可消除信号污染(信号污染使新式蜂窝电话中的位误差率变坏)。

关键字:蜂窝电话  电话  手机  噪声

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