개요: 이 응용 노트는 450MHz CDMA 애플리케이션에서의 작동을 위한 MAX2530의 튜닝 방법을 소개하고 있다. 450MHz에서의 성능 및 특징을 기술하였으며 실용적인 회로 및 그 측정 데이터를 실었다.
개요
셀룰러 전화 업체들은 이전까지 아날로그 통신에 사용되던 450MHz의 유럽 시장을 겨냥한 CDMA 단말기의
설계를 추진하고 있다.
450MHz CDMA 셀룰러폰 또는 무선 모뎀을 개발하는 RF 설계자는 시스템 사양을 만족하는 최상의 성능을 갖는 프런트엔드 칩셋을 선택하는
데 어려움을 겪고 있다.
Maxim의 고급 SiGe 공정을 사용한 MAX2530 수신기 RF 프런트엔드 IC는 원래 셀룰러 대역 및 PCS 대역 작동을 위해 설계되었다.450MHz CDMA에서 LNA(저잡음 증폭기)의 NF(잡음 지수) 및 IIP3(입력 3차 간섭) 성능은 감도의 고려와 단일 톤 둔감화(desensitization)
효과에 있어 매우 중요한 지표이다. 이 응용 노트에서는 MAX2530을 450MHz cdma2000&$174; 애플리케이션에서 사용하기 위한 튜닝 방법과
측정 데이터를 제공하고 있다.
설계 제약 사항
외부 매칭 부품을 사용하여 다음 가이드라인 내에서 MAX2530의 셀룰러 LNA를 튜닝한다.
작동 주파수 = 463MHz ~ 467.5MHz
이득 = 13.8 ~ 14.5dB
NF = 1.8 ~ 2.2dB
IIP3 = 4.0 ~ 5.0dBm
|S11| = < -10dB
|S22| = < -10dB
튜닝 방법
LNA의 IIP3 및 NF는 입출력 매칭 회로와 무부하 바이어스 전류에 의해 영향을 받는다. LNA의 튜닝 과정에서 마이크로웨이브 튜너를
LNA의 입력 또는 출력에 배치하고 최적 성능으로 조정하였다. 그 다음 이 튜너를 제거하고 관련 매칭 부품으로 대체하여 튜너가 있을 때와
동일한 입출력 반사 손실을 갖도록 맞춘다. 이 과정은 한 번에 포트 하나씩 작업을 한다. 즉 최상의 입력 매칭을 결정하고 확정한 다음 출력을
대상으로 작업한다. 부가 변수로서 주어진 매칭에 대해 최상의 바이어스 설정을 찾아낼 수 있도록 RBIAS를 20kΩ 가변저항으로 교체하였다.
결과
매칭 부품과 바이어스 설정을 약 40가지 서로 다른 조합으로 다양하게 설정해 본 결과 몇 가지 가능한 솔루션을
얻을 수 있다. 이러한 조합 중 하나는 다음과 같은 값을 갖는다.
솔루션 A
VCC = 3.0VDC
ICC = 42.2mA
이득 = 14.0dB
NF = 2.3dB
IIP3 = 5.6dBm
S11 = -12.5dB
S22 = -8.1dB
그림 1.
측정에 나타난 잡음 지수는 목표값보다 0.1dB 더 높지만 PCB의 삽입 손실은 465MHz에서 SMA 커넥터와 DC 블로킹 커패시터 사이에서
약 0.06dB가 된다. 이 값은 측정 과정에서 제외되지 않았으므로, 실질적인 NF는 2.24dB에 가깝다.
입력 매칭과 바이어스 설정을 약간 다르게 하는 것으로 NF를 약간 향상시키고 IIP3 성능은 떨어지는 솔루션도 얻을 수 있었다.
솔루션 B
VCC = 3.0VDC
ICC = 40.5mA
이득 = 14.0dB
NF = 2.23dB
IIP3 = 5.0dBm
S11 = -13.8dB
S22 = -8.0dB
그림 2.
잡음 지수로부터 삽입손실을 뺄 경우 약 2.17dB
위에 나온 두 가지 매칭 모두에 대해 바이어스 설정이 NF와 IIP3 성능에 분명히 영향을 미침을 알 수 있었다. 바이어스 저항의 값이 증가할
경우 바이어스 전류가 줄어들고 NF 성능이 향상(최저 1.8dB)되나, 선형성이 떨어지게 된다. 이 방법에 의해 두 파라미터를 시스템 요구사항에
맞추어 최적화시킬 수 있다. 선형성을 보다 증가시키고 잡음 지수를 희생하는 쪽을 택할 때는 바이어스 저항의 값을 낮추면 된다. 아쉽게도 선형성
쪽이 NF보다 바이어스 변화에 훨씬 더 민감하므로 조정의 범위는 제한적이다.
다음의 표에는 위에서 논한 두 가지 솔루션에 대한 설정값이 나와
있다.
Parameter
Maxim Objective
Solution A (MAX2530)
Solution B (MAX2530)
Units
VCC
3.0
3.0
3.0
VDC
ICC
tbd
42.2
40.5
mA
Gain
13.8 to 14.5
14.0
14.0
dB
NF
1.8 to 2.2
2.24
2.17
dB
IIP3
4.0 to 5.0
5.6
5.0
dBm
|S11|
< -10
-12.5
-13.8
dB
|S22|
< -10
-8.1
-8.0
dB
수신기 시스템 캐스케이드 분석
MAX2530 LNA 겸 믹서에 대한 최적화 특정 결과를 바탕으로 하여, 수신기 시스템 캐스케이드 분석을 스프레드시트 파일을 사용하여 수행하였다.
그 결과 Eb/Nt = 5.0dB로서, Eb/Nt = 4.3dB 및 마진 0.7dB로 정해진 시스템 사양 요구사항을 만족함을 알 수 있다.
참고문헌
"3rd Generation Partnership Project 2, Recommend Minimum Performance Standards for cdma2000 Spread Spectrum Mobile Stations."
Ali-Ahmad, Walid Y., "RF system issues related to CDMA receiver specification," RF Design, September, 1999.
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