巨大的挑战：
提高 GPS 接收器在同步 GPS 操作
中的灵敏度
白皮书
撰稿人：ChewEan Tan 和 Allen Wong
GPS
前端模块
频带选择
发送芯片组
GPS 接收
AWS
蜂窝
GPS
芯片组
WLAN
移动
卫星
发送信号泄漏给
GPS 接收路径
PCS
GPS 信号
图 1. 接收前端简化结构图
简介
S-GPS（同步全球定位系统）是 GPS 信号的接收和手机
语音或数据信号的传输在同一时间发生的操作。语音
或数据传输中的干扰信号可能会泄漏到 GPS 接收器的
通路中，并会因接收器的低噪声放大器或接收器后端
的过载而影响接收器的灵敏度。
这对手机设计人员构成了一大挑战。设计人员需要对
微弱传入的 GPS 信号，同时还有语音或数据传输中的
强干扰信号保持 GPS 接收器的灵敏度。这需要 GPS 接
收器前端针对微弱的 GPS 信号具有低噪声系数和高增
益，同时还能非常有效地阻断强干扰信号。
低插入损耗、高阻断能力的 FBAR 滤波器
与低噪声放大器集成一体
通过安放一个前置滤波器即可阻止泄漏到 GPS 接收通
路中的强干扰信号。根据 Friis 方程，第一级的噪声系
数或插入损耗将对接收器链路的噪声系数起着主导作
用，为后级提供合理的增益。因此，将低插入损耗、
高带外抑制的滤波器与低噪声、高增益和良好线性度
的放大器集成一体，对实现上一段中所提到的目标能
起重要作用 。
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Avago Technologies 的 GPS 前端模块由 FBAR 滤波器和
GaAs E-pHEMT（增强模式伪形态高电子迁移率晶体管）
低噪声放大器组成。FBAR 是由 Avago Technologies 开
发的一项具有突破性的谐振器技术。这一技术能用来
生产 Q 值（品质因数）极高的小型化滤波器。优异
的 Q 值转换成一个非常陡然的滤波器频率响应跌落或
极好的不同频道信号传输抑制。有了集成滤波器，该
模块即可对干扰信号实现卓越的不同频道信号传输抑
制。这是在 1.575GHz 的 GPS 信号附近过滤掉所有的干
扰信号，同时保持放大器的低噪声系数必不可少的一
个特征。例如，卫星电话通信频带使用的是 1.62GHz
信号，非常接近于 GPS 频率。因此，需要一个具有
非常陡然的频率响应跌落的过滤器来阻断 1.62GHz 信
号，同时又不显著衰减带内 GPS 信号。
由于噪声系数始终受制于接收通路的第一级，因而将
低插入损耗 FBAR 滤波器集成到模块的第一级中，随后
放置 GaAs 低噪声放大器，即可产生一个噪声系数非常
低、带内阻断能力高的 GPS 放大器模块。
射频性能
表 1 归纳了一些带有不同前置滤波器、后置滤波器和
放大器组合的 Avago Technologies GPS 模块的射频性
能。ALM-1912 和 ALM-2712 都在第一级设有 FBAR 滤波
器，随后放置低噪声放大器。ALM-2712 比 ALM-1912 多
了一个后置滤波器。ALM-1412 则以低噪声放大器和后
置滤波器为组合。
参见表 1，ALM-1912 和 ALM-2712 对于干扰信号表现
出明显的阻断能力。ALM-1912 和 ALM-2712 的带外输
入 P1dB 在蜂窝频段、PCS 频段和无线频段均远远优
于 LNA 之前没有滤波器的 ALM-1412。高频率响应跌
落 P1dB 表明该模块能够在强干扰信号存在的情况下工
作，不会导致放大器饱和。
表 1. GPS 模块的简化结构图和射频性能。
单位 ALM-1912 ALM-2712 ALM-1412
GPS LNA 模块
ALM-1912
FBAR
滤波器
ALM-2712
FBAR
滤波器
FBAR
滤波器
ALM-1412
FBAR
滤波器
ALM-1912
FBAR
滤波器
ALM-2712
FBAR
滤波器
FBAR
滤波器
ALM-1412
FBAR
滤波器
ALM-1912
FBAR
滤波器
ALM-2712
FBAR
滤波器
FBAR
滤波器
ALM-1412
FBAR
滤波器
噪声系数 dB 1.6 1.25 0.8
增益 dB 19.3 14.2 13.5
IIP3 dBm +1.5 +5 +7
输入 P1dB dBm -8 +2 +2.7
输入 P1dB
（蜂窝频段）
dBm +39 +21 -6
输入 P1dB
（PCS 频段）
dBm +44 +37 -6
输入 P1dB
（WiFi 频段）
dBm +43 +35 –
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图 2. 存在干扰信号情况下的噪声系数退化测试设置。
输入功率参考点，
使用功率表读取输入功率
• 频带滤波器，用于过滤前置放大器产生的噪声。
• 陷波滤波器，用于以干扰发射机频率（级联陷波滤波器拒绝 >100dB 的信号 @1.575GHz）提供清晰信号
同轴电缆
噪声指数分新器
Avago N8975A
1.575GHz
可调谐的陷波滤波器
K&L 微波
噪声来源
Avago N4000A
1.575GHz
DUT
噪声指数表标定于
此点
干扰发射机频率
可调谐频带
K&L 微波
信号发电机
Avago MXG N5182A
干扰发射机信号
GPS
频带滤波器
Mini Circuits
功率放大器
ZHL-42
隔离器
(1 到 2GHz)
功率
合成器
PA
测量和测试设置
另一项测量是为了比较 3 个模块阻断干扰信号的能
力。该测量旨在监测模块的噪声系数随一定功率电平
的干扰信号存在而发生的退化。在这一测量中，干扰
信号的频率为 1.62GHz，接近于 GPS 频率并会给 GPS 频
率噪声系数带来最显著的影响。图 2 显示了该测量的
测试设置。
处于干扰频率的 CW 信号（干扰信号）是由信号发生器
产生的。干扰信号和噪声源相结合共同使用一个功率
合成器，并被一起馈送到 GPS 模块，以测量模块的噪
声系数。
在干扰信号与噪声源结合之前，由外部前置放大器放
大干扰信号以提高信号的功率电平。噪声系数分析仪
能在非常低的噪声基底测量或接收信号。因此，任何
来自干扰源的额外噪声都很重要并将被纳入噪声系数
测量之中。噪声基底高的干扰源在 GPS 频率中可能会
最终导致测量干扰源的噪声基底，而不是测量模块的
噪声系数。为了确保在噪声系数测量中没有包括额外
的噪声基底，可通过滤波器衰减 G
PS 频率的干扰信
号，以便抑制这个频率的信号/噪声。
正如上一段中所讨论的，必须在 GPS 频率对干扰信号
的噪声基底进行高效抑制，以使本测试得以正确而精
准的测量。参见图 2，一个带通滤波器被置于干扰信
号源处，可过滤干扰信号的谐波。此外，还有两个陷
波滤波器被置于带通滤波器之后，可在 GPS 频率中
抑制干扰信号的噪声基底。图 3 显示了 2 个级联陷波
滤波器和 1 个带通滤波器的频率响应。级联滤波器在
1.575GHz 达到 100dB 的衰减，并在 1.62GHz 的干扰信
号频率中实现低损耗。
对于 DTU（被测装置）／GPS 模块之后的测试设置，
GPS 带通滤波器应置于噪声系数分析仪之前，以阻止
强干扰信号进入噪声系数分析仪。这将有助于避免分
析仪遭受强干扰信号引起的过载。
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AV02-3011SC - 2011 年 9 月 20 日
讨论和测量结果
图 4 显示了模块噪声系数在 1.62GHz 强干扰信号背景
中的退化。退化是以没有干扰信号时的模块噪声系数
作为参考依据的。结果是基于图 2 所示的测试设置所
测量的。
ALM-1412 没有将前置滤波器设为第一级，噪声系数
在干扰信号达到 -10dBm 的功率电平前就降低了 1dB
以上。ALM-1912 和 ALM-2712 均未在功率电平高达
20dBm 的强干扰信号时显示噪声系数退化。
由此可见，带前置滤波器的 GPS 模块对强干扰信号具
有更好的抑制作用。这个示例中所测得的数据显示，
带前置滤波器的 ALM-1912 和 ALM-2712 在强干扰信号
存在的情况下要比放大器前没有前置滤波器的 ALM-
1412 具有更好的稳固性。
图 3. 级联陷波滤波器和带通滤波器的滤波器响应
插入损失对比频率
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640 1660
频率，单位：MHz
插入损耗，单位：dB
噪声指数劣化对比干扰信号强度
0
2
4
6
8
10
12
14
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20
干扰信号强度，单位：dBm
噪声指数劣化，单位：dB
ALM-1912
ALM-1412
ALM-2712
图 4. 噪声系数退化与干扰信号强度的对比。
综述
总的来说，在第一级中集成 FBAR 滤波器将受益于卓
越的带外抑制，并对干扰信号表现出更加稳定的噪声
系数性能。FBAR 滤波器的低插入损耗也有助于放大器
实现最低的噪声系数退化。结果显示，带有插入损耗
低、带外抑制高的 FBAR 前置滤波器的 GPS 放大器模块
不愧为一个很好的 GPS 接收链路解决方案。此外，所
有元件都集成到一个小型模块封装中，减少了所需的
电路板空间并缩短了设计周期。
参考文献
•
D.Orban 和 T.Eyerman 撰写的“GPS Antenna LNA”
（《GPS 天线 LNA》）
•
应用说明 AN- 5240：“ALM-1106 as a 1.575 GHz GPS
Low Noise Amplier”（《ALM- 1106 作为 1.575GHz
GPS 低噪声放大器》）
•
Allen Chien 和 Won Kyu Kim 撰写的“Improving
S-GPS sensitivity”（《提高 S-GPS 灵敏度》）
(http://www2.electronicproducts.com/Improving_
S-GPS_sensitivity-article-farr_avago_jun2008-html.
aspx)
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