LTE频段LNA+FC模块设计方案

1、 ltelte 频段频段 lna+fclna+fc 模块设计方案模块设计方案 拟制：拟制： 审核：审核： 标准化：标准化： 批准：批准： 发布日期发布日期： 修改记录修改记录 版本号主要更改内容（写要点即可）更改理由 拟制人/ 修改人 拟制/修改 日期 v1.0 首次发行初版王海峰 v1.1 在设计中增加对 wcdma 输入 2 载波-40dbm 的带内互调干 扰的测试，要求输出电平变 化小于 10db 升级测试方 法 王海峰 v1.2 原先设计中存在一个错误， 第二个 alm-38140 在进行温 补的情况下，常温会有较大 衰减，因此需要将其位置进 行调整 修改王海峰 第 3 页 共 15

2、页 目目 录录 1概述.4 2技术要求.4 2.1电气性能要求.4 2.2模块结构及工作环境要求.5 2.3控制功能要求.5 3模块链路预算.6 3.1射频链路预算.6 3.2射频链路预算说明.8 4本振部分及其实现方案.10 4.1本振部分需求.10 4.2本振部分时钟选择.11 4.3本振部分的输出.11 5控制功能需求及实现方式.11 5.1控制功能需求及所需资源.11 5.2mcu 的选择.12 5.3模块的 alc 控制.12 5.4模块的 485 控制.12 6模块电源的分配.12 6.1模块电源需求.12 6.2电源芯片的选择.13 6.3模块电源开关实现方式.13 7模块可能问

3、题分析.13 7.1温度漂移问题.13 7.2高低温增益变化.14 7.3带内波动及带外杂散.14 8附件：新器件规格书.14 第 4 页 共 15 页 1 1概述概述 本设计方案主要针对 26002700mhz lte 频段中，任意 15mhz 带宽内的一个工作频段。要求 lna 部分能够支 持宽频段的工作，fc 部分能够通过对锁相环的配置，来实现不同频段的选择。 要求模块能够通过更换器件的方式，实现从 cdma800m 到 lte2700m 频段的公用，因此需要在器件的选用上 需要考虑更多的因素。由于存在通用性的问题，因此在部分指标上，需要进行折中，以达到最佳性价比。 2 2技术要求技术要

4、求 2.1电气性能要求电气性能要求 表 2-1 模块电气性能要求 parameterspecificationremark frequency band26202690mhz25552570mhz output power 10db output power flatness0.5db 3db bandwidth15mhz gain50 1.0db pout=0dbm gain variation over temp. 1.0db over -20c +60c gain dynamic range 1db port return loss18db noise figure 2.5dbatt s

5、et -15db ,nf 7.5db evm 4% pcde 40db im3 75dbc per tone -8dbm alc upper 20db im3 hold alc depth 30db alc typeslot control analog attenuation control15db power supplydc 9 12vwithout damage14v current consumptionmax. 0.9a max rf input power+10dbm without damage in 3minutes 第 5 页 共 15 页 2.2模块结构及工作环境要求模块

6、结构及工作环境要求 表 2-2 模块工作环境及外观要求 parameterspecificationremark dimension ( body )100(w) * 140(d) * 25(h) mm colorwhite chromate rf input connectorsma female output connectorsma-type female 5*2pin box header for mcu program i/o connector 90right angel 2*2pin 2.0mm dc connectorfeedthough capacitorscrew thre

7、aded style coolingexternal heatsink operating case temperature-20c +60c storage temperature-40c +85c relative humidity5 95% (non condensing) 2.3控制功能要求控制功能要求 表 2-3 模块控制功能要求 parameterspecificationremark contact typers485；9600kps attenuation 31db1db step alc depth alarm30db agc control voltage output a

8、gc enable lna faile alarmttl analog attenuation control15db pll alarmpll unlockedttl module switchon/off 第 6 页 共 15 页 3 3模块链路预算模块链路预算 3.1射频链路预算射频链路预算 第 7 页 共 15 页 第 8 页 共 15 页 3.2射频链路预算说明射频链路预算说明 为考虑兼容性和模块端口驻波指标，选用 mga-632p8 作为 lte 频段的低噪管。对于 1.5ghz 以下的频段， 可以选用 mga-631p8。同时为了方便物料的备件与替换，skyworks 的 sky

9、67101-396lf 和 sky67102-396lf 两种型号，可以进行替换。 为满足模块端口最大输入+10dbm 的条件，以及 etsi 中额定输入+20db 互调不恶化的要求，为达到最佳性 价比，在对噪声指标进行一定的恶化的条件下，选择 lna+vga+da 的链路架构。vga 选用低插损的 alm- 38140，避免噪声的过多恶化。 vga 之后的第一个推动级，主要是为了有足够大的增益来满足后级的噪声指标，以及有足够大的线性来满 足 3gpp fdd 中对输入互调指标的要求。对 lte 频段，选择 mga-31489；对于 1.5ghz 以下的频段，选择 mga-31389。 为达到

10、指标的要求，对链路架构进行一定的改变，减少进入 if saw 之前的放大管的级数，并适当提高单 级的增益，虽然会对噪声有一定的恶化，但在合理选择器件的情况下，能够满足模块的指标要求。 rf saw 选择 3.0*3.0 封装的通用的产品，以便实现各个频段的通用性。混频器选择 hittite 的无源混频 器，可以在 pcb 上实现公用。中频部分的放大管，选用 sga-6489。对于中频部分，不同制式的，可以选用相 同的中频架构，不过需要预先在射频部分呢预留一定的 pi 衰的调整位置，方便对前级的增益进行微调。 if saw 首先考虑 3512 封装的，并预留 2712 封装的位置，根据实际频段的

11、需求，来使用合适的器件。 综合以上因素，对 if saw 之前的链路的计算结果如下： 第 9 页 共 15 页 从上面的计算结果中，可以看出输入互调干扰信号在带内产生的信号电平在经过 if saw 之后，约为- 100.5dbm，在经过 if saw 之后放大后，幅度约为-100.5+39.5=61dbm。模块自身在 1mhz 的 rbw 的测试条件下， 底噪约为-174+50+2+60=-62dbm。则互调产物相对原先底噪，恶化约 1db，满足 3gpp fdd 的要求。 if saw 输出到第二个混频器之间，仍处于中频频段。为改善模块的噪声指标以及减少对高频段高增益高线 性放大管的需求，因

12、此在中频部分使用两个推动级放大管，同时能够改善模块的本振泄露指标。中频部分的放 大管，有 sga-6489 和 sga-6289 两种，为保证具有一定的设计增益富裕，两者各用一级，由于 sga-6289 的线性 和 s22 参数稍好，因此将其用于后级。 sga-6289 的输出端，使用与第一级混频器相同的混频器。此种类型的混频器，一般具有大于 25db 的 lo 到 rf 的抑制。其要求的 lo 功率为+17dbm，则其在射频频段上输出的本振功率约为-8dbm。在混频器之后的有效增 益约为 21db，一般单个射频声表对偏离 140mhz 或者 70mhz 的抑制约在 40db。为满足本振泄露水

13、平低于-60dbm 的水平，至少需要两级射频声表来滤波。为避免因器件一致性不好带来的偏差，在链路上设计三个射频声表的 位置。 针对不同制式，在第二个混频器之后，预留一定的 lc 滤波器的位置，来实现对高次谐波的抑制。随后是一 级射频声表。在射频声表面之后，为另一个 vga。该 vga 主要用来实现对模块增益的调节。将该 vga 置于此处， 主要是为了避免将其放于前级的时候，调整其增益时会对模块的噪声造成太大影响。将其放于此处，也可以在 将模块增益设置为 40db 的时候，模块的整体互调指标能够满足-75dbc-10dbm output 的要求。计算结果如下： 第 10 页 共 15 页 在此之

14、后为一个推动级，该推动级需要满足高增益、高线性的需要，由于在较高频度，因此选用 mga- 31489。在其之后，为预留的一个 rf saw 的位置，在 rf saw 之后，为一个 datt 部分，将该数控衰减器置于此 处，主要是为了考虑在增益回退的情况下的噪声系数，并且将该级使用数控衰减器，能够达到一定的链路增益 调整的目的。数控衰减器选用 hmc624。该型号的器件，能够支持从 dc-6ghz。 在 datt 之后，为一级 rf saw 以及一定的 pi 衰，主要用来改善模块的输出线性以及对末级进行更好的匹配， 使其能够达到更佳的 s22 参数。 为满足整个模块输出 0dbm 互调大于 55

15、dbc 的目的，末级选用 mga-31489，同时也能较好的减少模块中所用 器件型号。如有其他更改线性要求，可以通过更改 pi 衰以及更换末级来达到。 4 4本振部分及其实现方案本振部分及其实现方案 4.1本振部分需求本振部分需求 该模块分为上下行两个频段，要求两个频段能够公用 pcb 和其中的大部分元器件，因此，在本振部分，需 第 11 页 共 15 页 要两个封装以及控制方式相同的频综，并要求两个频综在输出信号的杂散上，具有大致相等的水准。 根据频点的初步要求，模块上行频段为 25002570mhz，下行频段为 26152685mhz。模块的下行链路， 使用高本振的方式，上行链路，使用低本

16、振的方式。由于中频的频点选择为 140mhz，则所需要的本振的中心 频点分别为 2395mhz 和 2790mhz。因此选用的频综芯片为 sncps3-2420 和 sncps3-2770。 4.2本振部分时钟选择本振部分时钟选择 根据所用的频综芯片的要求，需要使用的参考时钟的频率为 10mhz，由于频综输出的本振信号的频率较高， 因此需要选用一个相噪指标较优的晶振，并且为了减少模块上所用的电源芯片的数量，因此选用 tvctclsanf 5032 smd tcxo 10.000000mhz 的晶振作为频综的参考源。 4.3本振部分的输出本振部分的输出 频综的本振输出功率为 6dbm 左右，但是

17、混频器所需的功率为+17dbm，因此需要对本振的输出功率进行放 大。为保证频综功率的纯净，最好是能在频综的输出信号之后使用一个声表或者介质滤波器，但在无合适滤波 器的情况下，也可以初步进行一定的 lc 滤波。 频综的输出功分直接使用三个电阻进行功分，由此会损失一定的功率。本振信号的功率放大，使用 sbb- 5089z 作为放大级，其输出的 p1db 在 18dbm 左右，能够满足混频器的功率需求。 5 5控制功能需求及实现方式控制功能需求及实现方式 5.1控制功能需求及所需资源控制功能需求及所需资源 模块的控制功能主要包括以下几个部分： 1、射频链路上数控 att 的控制：mcu 三路 io

18、口 2、alc 的设置控制功能：一路 da 口 3、频综芯片的控制：四路 io 口 4、485 通讯控制：两个专有串口，一个 io 口 5、模块输出功率检测功能：一路 ad 口 6、模块输入过功率检测功能：一路 ad 口 7、模块开关功能：一路 io 口 综上所述，总共需要的资源为： 第 12 页 共 15 页 io 口：9 ad 口：2 da 口：1 串口：两个 5.2mcumcu 的选择的选择 mcu 的选择主要需要考虑以下几个方面：电压、功耗、内部存储资源、io 口、ad/da 资源、看门狗功能。 选用目前常用的 c8051f410 作为模块的 mcu 部分。 其余的部分诸如看门狗、外置

19、时钟、外置存储器等部分，将根据程序的实际需求而添加。 5.3模块的模块的 alcalc 控制控制 模块的 alc 控制需要实现对时隙功率的控制，因此在检波方式上，需要使用肖特基二极管作为功率检测器。 肖特基二极管的输入信号来源为通过电阻对模块的输出口进行耦合。 肖特基二极管的输出电平，在经过一级运放放大之后，进入 mcu 作为模块的输出功率采样，同时进入下 一级运放，在第二级运放上，通过与 mcu 的 da 输出的 alc 设置电压进行积分后，再经过一级运放做一个射 随放大，之后将射随放大的电压作为 38140 的衰减控制电压。该电压将经过另一级运放射随放大，然后进行分 压后，输入到 mcu

20、上做 ad 检测，作为 alc 过功率的告警控制。 5.4模块的模块的 485485 控制控制 模块的 485 通讯主要通过一个 485 转换芯片zt13085e 来实现，该芯片采用办双工的方式与整机控制板之间进行通信。 6 6模块电源的分配模块电源的分配 6.1模块电源需求模块电源需求 模块要求使用外部 dc+912v 供电，要求模块在供电电压为 dc+14v 的情况下无损，要求模块消耗电流小 于 0.9a。 模块内部初步估计总耗电电流如下表所示： 表 5-1 模块内部功耗计算 器件名称型号 mga-632p8alm-38140mga-31489sga-6489 *2sga-6289alm-

21、38140 第 13 页 共 15 页 供电电压 5v5v5v8v8v5v 消耗电流 70ma max23ma 84ma max166ma max83ma amx23ma 器件名称型号 mga-31489hmc624mga-31489 频综 sbb-5089zsbb-5089z 供电电压 5v5v5v5v5v5v 消耗电流 84ma max2ma84ma max50ma max92ma max92ma max 器件名称型号 tcxomcu c8051f410op amp 485 芯片 zt13085e 供电电压 5v5v 消耗电流 2ma max50ma 模块内部 5v 总功耗为：70+23+

22、84+23+84+2+84+50+92+92+2+50 = 656ma 模块内部 8v 总功耗为：166+83=249ma 6.2电源芯片的选择电源芯片的选择 在上述评估的条件下，最大电流大约为 905ma，在实际情况下，电流会比该最大值小，并且若是使用开关 电源芯片，需要一个较大的 pcb 面积，来避免开关频率被频综或是低噪管调制，因此考虑直接使用 ldo。 为满足外部输入 912v 的条件，需要选择低压差的开关电源，因此选择 mic29302wu 作为模块的一级稳 压芯片。 各分器件的为保证电源隔离，需要在使用贴片磁珠来对电源进行隔离。对于敏感部件，如低噪管和频综部 分，需要单独使用稳压管供电，控制部分的供电，也需要独立开来。根据各部分的实际的电流消耗，选择 sot- 89 封装和 sot-223 封装的稳压管，型号分别为 lm2940imp-5.0 和 k