早在2001年911恐怖事件以后，美國基于安全的考慮，強制要求手機具有GPS定位功能,，以確定該手機的實時位置。近年來,，隨著我國基礎建設的迅猛發(fā)展,，道路建設日新月異；人們工作生活節(jié)奏加快,，GPS導航定位系統(tǒng)日顯重要,，需求增加。最近有消息稱：諾基亞高調宣布為其智能手機推出了Ovi地圖新版本,，將包括高端的步行和駕駛導航,。此舉被視為對GPS手機導航產(chǎn)業(yè)以及GPS導航相關產(chǎn)業(yè)影響巨大的變革。隨著手機性能的普遍提升,，以及手機GPS接收機獨特問題的解決,，GPS功能已不再是高端手機獨享的配置，正在向普通手機標配發(fā)展,。
GPS功能簡介
GPS全稱為全球定位系統(tǒng),，由24顆衛(wèi)星分布在6個不同高度的軌道上，按功能分有導航和定位兩個,；按應用分軍用和民用,。其中軍用頻率在1.227GHz ，由美國軍方獨占,，用途主要用于武器制導,，偵查等軍事和戰(zhàn)爭用途,，精度高。民用頻率在1.575GHz,，供全球免費使用,，用途主要用于海航，自然科學領域,，更廣泛的是我們熟悉的汽車行駛導航等,。只有同時接收到3顆星的有效信號才能確定其位置。
GPS信號微弱,，接收機靈敏度通常在-136dBm左右,。
手機GPS的挑戰(zhàn)
手機應用的特點：體積小，功耗低,，生產(chǎn)性好,，器件便宜，設計時間短,，產(chǎn)品面市快,。基于手機平臺的GPS功能比獨立GPS接收機有更高的要求,，更具有挑戰(zhàn)性,，主要考慮以下幾個方面：電子環(huán)境，功耗,，體積,，價格，設計時的便捷性和性能指標的容易實現(xiàn)性,。
常見的單片GPS接收機采用CMOS工藝,，達不到很高的收機靈敏度。相比汽車行駛在比較寬闊空間的路面上,，手持GPS比車載的移動更靈活,，所處位置信號會更弱，多徑接收更普遍,。要求接收能力更強,，在接收前端增加濾波器和低噪放非常必要。
手機上的GPS 設計之考慮
電子環(huán)境更惡劣,。GPS 接收和手機功放在同一塊板上,，對1.575GHz GPS信號而言其帶外信號主要有：900MHz,1800MHz 的GSM 功放；1800—1900MHz 的PCS功放,；2.4GHz的 WLAN,藍牙; 以及2.5—2.7GHz的WiMAX,。這些信號雖不會同時存在，但每個都很強,，對GPS接收性能都有明顯影響,。實驗表明：-15dBm的帶外信號，會引起GPS 低噪放增益下降1dB. 因此,，選擇手機GPS 低噪放時不僅要看其自身的噪聲系數(shù)和增益,，更要關注其帶外衰減指標，這對GPS接收機的捕捉能力,，跟蹤性能和定位精度,，乃至能否正常工作至關重要。
CDMA, WCDMA手機收發(fā)是雙工工作的,，其功放的發(fā)射信號和噪聲會對GPS信號形成干擾乃至堵塞,。因此，GPS接收機必須外加LNA和高性能的濾波器,。LNA增加了其接收靈敏度,，而濾波器則增強帶外衰減。對設計布線上另一個好處是,，LNA可放置在靠近天線端,，降低對GPS接收模塊位置的要求，并使GPS接收機噪聲系數(shù)得到1.5dB左右的改善,。然而,，由于GSM手機收發(fā)是時分工作的，相對而言對GPS信號的帶外衰減要求不是很苛刻,，可以省掉高性能的濾波器,，用簡單地濾波加低噪放方案來實現(xiàn)GPS接收前端，以節(jié)省成本,。
針對不同的系統(tǒng)和平臺,，目前，手機GPS接收前端有幾種方案：
--在GMS系統(tǒng)上,，選擇有源天線,，即低噪放和GPS接收天線集成在一起；
--在CDMA, WCDMA系統(tǒng)上,，有分立的低噪放加濾波器,，二種器件所采用的材料和性能都有選擇余地。以上方案這對設計時間,，設計難度,，性能指標，PCB尺寸以及元件數(shù)都是挑戰(zhàn),。
隨著市場需求的變化,，濾波器和低噪放集成在一起的GPS接收前端得到了廣泛的應用，其好處顯而易見,。和分立器件一樣,，二者有不同的組合：LNA+陶瓷濾波器或 LNA+SAW(聲表面波濾波器),。在市場上， 性能以CaAs E-pHEMT+FBAR方案為最優(yōu)：噪聲小,，線性更好,，帶外衰減更好。
Avago 公司致力于GPS接收前端模塊
Avago 結合行業(yè)領先的CaAs E-pHEMT工藝和FBAR濾波器技術,，提供GPS射頻前端系列模塊,，為GPS外加低噪放前端提供了多種選擇，詳見圖1,，3,，4，5所示,，結構有： Filter + LNA + Filter; Filter + LNA; LNA + Filter; 或單純的LNA,，在規(guī)劃和設計這些產(chǎn)品時Avago充分考慮了其應用環(huán)境，是手機GPS接收設計上的首選,。
CaAs E-pHEMT低噪放的特點
相比其他材料和工藝,，CaAs E-pHEMT的優(yōu)勢主要在于：噪聲系數(shù)低，是低噪放的首選,；低工作電壓下線性高,，提高接收機動態(tài)范圍，有利于后續(xù)信號的混頻和解調,；增益高乃是放大器的價值所在,。因此，CaAs E-pHEMT正是噪聲系數(shù),，線性和增益三個低噪放重要指標的完美結合,，這是Si材料低噪放很難達到的。
FBAR 濾波器的特點
陶瓷濾波能承受較大的功率,，溫度特性好,，但器體積大，Q值不如FBAR的好,；
SAW濾波器承受功率小,，溫度特差，Q值低,，便宜,。在一些指標要求不太高的手機上還有應用；
FBAR濾波器：性能好,，體積小,，易于集成。隨著在手機上雙工器,，濾波器取代SAW的應用越來越多,，其性價比已被大家所認同,。
ALM-1712 GPS接收前端實例
下圖1為Avago的ALM-1712產(chǎn)品，由兩個FBAR濾波器和一個LNA組成,，三級總的噪聲系數(shù)為1.65 dB ,。RF端ESD >3KV，省去外加ESD保護器件,，節(jié)省空間和成本。低至1V 工作,，可關斷功能則滿足了手機應用低功耗的要求,，可變偏置則提供了在各個性能指標中得到一個理想的平衡。 封裝為4.5(L)x2.2(W)x1(H) mm3,，外圍器件只有8個電阻,，電容和電感器件。
圖1：Avago ALM-1712產(chǎn)品
下圖2所示為在 Vdd = 2.7V, Idd = 8.0mA偏置下1.575GHz處的增益是12.8 dB,； 線性IIP3 = +7 dBm, IP1dB = +3 dBm,，對900MHz的帶外衰減高達95dBc，對1800MHz的帶外衰減高達90dBc,，有力地保證了在惡劣的電子環(huán)境下,，GPS接收機發(fā)揮能良好的功能。ALM-1712很好地滿足了手機GPS的特殊要求：電子環(huán)境,，功耗,，體積和成本要求以及設計時間和性能指標，這些對手機廠家的意義不言而喻,。
圖2
下面是市場常見的兩個型號的主要指標,，在低噪放都采用CaAs E-pHEMT工藝的情況下，不難看出FBAR濾波器對PCS頻段的抑制比SAW高出21dB( 63 vs. 42)
產(chǎn)品 ALM-1412 RFxxxx
結構 CaAs E-pHEMT + FBAR CaAs E-pHEMT + SAW
Gain(dB) 13.50 13.50
NF(dB) 0.82 0.85
IP1dB(dBm) 2.70 -2.00
IIP3(dBm) 7.00 9.00
Cell Band Rejection (dBc) 54.00 54.00
PCS Band Rejection (dBc) 63.00 42.00
附圖1是Avago公司在GPS 接收前端產(chǎn)品線的發(fā)展路線圖,。不難發(fā)現(xiàn),，Avago公司對GPS接收機前端模塊和低噪放市場非常重視，隨著不同功能性能產(chǎn)品在GPS接收機上的廣泛應用,，Avago將繼續(xù)推出更多滿足市場的產(chǎn)品,，詳情可咨詢Aavago亞太地區(qū)重要代理商世強電訊。
附圖1：Avago科技GPS接收前端產(chǎn)品發(fā)展線路圖
面向GSP, ISM和WiMAX市場, 最近Avago推出MGA-24106低噪放,，繼承了Avago 低噪放產(chǎn)品一貫的噪聲系數(shù),，增益及線性指標的優(yōu)勢。在3.3V6mA偏置下,1.57GHz,，噪聲系數(shù)為0.87,，增益為19.6dB, IP1dB為-8.7dBm, IIP3為-0.2dBm。 在低至1.8V電壓下能正常工作,。封裝在1.5x1.2x0.5mm3,，只需幾個外圍器件,。在體積，功耗和低電壓工作方面更高一籌,，其價格更具有市場競爭力,。在手持，移動終端無線設備上應用前景廣闊,。
附圖2是手機用FBAR, SAW和陶瓷濾波器的性能比較,。FBAR技術是Avago公司又一領先技術的產(chǎn)品線，在手機上的雙工器,，多工器和各種濾波器都占有很大的份額,。
附圖2：FBAR, SAW和陶瓷濾波器的性能比較