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HFT Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen Frank Stegemann Universit ¨ at Duisburg-Essen - Hochfrequenztechnik Prof. Dr.-Ing. K. Solbach Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empf ¨ angers, 29.09.2005 1

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Diplomarbeit

Charakterisierung einesA-GPS-Empfängers für dieIntegration in GSM/UMTS

Mobilfunksystemen

Frank Stegemann

Universitat Duisburg-Essen - Hochfrequenztechnik

Prof. Dr.-Ing. K. Solbach

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 1

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H F T

Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

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Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

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Einleitung

Zunehmende Einbindung von ortsabhängigenDiensten (LBS: Location Based Services) in dasMobiltelefon (z.B. Navigation,...)

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Einleitung

Zunehmende Einbindung von ortsabhängigenDiensten (LBS: Location Based Services) in dasMobiltelefon (z.B. Navigation,...)

Realisierung mittels GPS (Global Positioning System)bzw. A-GPS (Assisted-GPS)

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 4

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Einleitung

Zunehmende Einbindung von ortsabhängigenDiensten (LBS: Location Based Services) in dasMobiltelefon (z.B. Navigation,...)

Realisierung mittels GPS (Global Positioning System)bzw. A-GPS (Assisted-GPS)⇒ Vorteil:

Schnellere Positionsbestimmung

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H F T

Einleitung

Zunehmende Einbindung von ortsabhängigenDiensten (LBS: Location Based Services) in dasMobiltelefon (z.B. Navigation,...)

Realisierung mittels GPS (Global Positioning System)bzw. A-GPS (Assisted-GPS)⇒ Vorteil:

Schnellere Positionsbestimmung

Positionsbestimmung auch bei eingeschränktemEmpfang möglich (z.B. innerhalb von Gebäuden)

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Einleitung

Maximale Leistung von GPS-Signalen auf derErdoberfläche (Pmax,Erde = −130 dBm)

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Einleitung

Maximale Leistung von GPS-Signalen auf derErdoberfläche (Pmax,Erde = −130 dBm)

⇒ Einsatz eines LNA (Low Noise Amplifier)notwendig

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 5

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Einleitung

Maximale Leistung von GPS-Signalen auf derErdoberfläche (Pmax,Erde = −130 dBm)

⇒ Einsatz eines LNA (Low Noise Amplifier)notwendig

Integration der LNA-Schaltung in ein GSM/UMTS-Mobilfunksystem

⇒ Spezielle Anforderungen an die Großsignal-festigkeit gegenüber Störsignalen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 5

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Einleitung

Maximale Leistung von GPS-Signalen auf derErdoberfläche (Pmax,Erde = −130 dBm)

⇒ Einsatz eines LNA (Low Noise Amplifier)notwendig

Integration der LNA-Schaltung in ein GSM/UMTS-Mobilfunksystem

⇒ Spezielle Anforderungen an die Großsignal-festigkeit gegenüber Störsignalen

Störsignale aufgrund des eigenen GSM-Sendersoder eines benachbarten Mobiltelefons

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Einleitung

Aufgabenstellung:

Simulation der Rauschzahl, Stabilität, Verstärkungund Anpassung einer bereits realisierten LNA-Schaltung unter dem Einfluß eines Störsignals ausdem GSM/UMTS-Netz

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 6

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Einleitung

Aufgabenstellung:

Simulation der Rauschzahl, Stabilität, Verstärkungund Anpassung einer bereits realisierten LNA-Schaltung unter dem Einfluß eines Störsignals ausdem GSM/UMTS-Netz

Verifikation der Simulationsergebnisse an der realenSchaltung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 6

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H F T

Einleitung

Aufgabenstellung:

Simulation der Rauschzahl, Stabilität, Verstärkungund Anpassung einer bereits realisierten LNA-Schaltung unter dem Einfluß eines Störsignals ausdem GSM/UMTS-Netz

Verifikation der Simulationsergebnisse an der realenSchaltung

Übertragung der Messverfahren auf eine integrierteLNA-Schaltung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 6

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Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

Mixed-Mode S-Parameter entsprechen einerErweiterung der "herkömmlichen" S-Parameter

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

Mixed-Mode S-Parameter entsprechen einerErweiterung der "herkömmlichen" S-Parameter

Allgemeine Beschreibungsform von Reflektions- bzw.Transmissionseigenschaften eines Netzwerkes⇒ S-Parameter

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 8

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

Mixed-Mode S-Parameter entsprechen einerErweiterung der "herkömmlichen" S-Parameter

Allgemeine Beschreibungsform von Reflektions- bzw.Transmissionseigenschaften eines Netzwerkes⇒ S-Parameter

Einschränkung: nur unsymmetrische Tore könnenbetrachtet werden

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 8

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

LNA-Schaltung mit symmetrischem Ausgangstor

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H F T

Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

LNA-Schaltung mit symmetrischem Ausgangstor⇒ Mixed-Mode S-Parameter

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 9

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H F T

Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

LNA-Schaltung mit symmetrischem Ausgangstor⇒ Mixed-Mode S-Parameter

Vorteil: Berücksichtigung von Gegen- und Gleich-taktsignalanteilen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 9

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H F T

Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

LNA-Schaltung mit symmetrischem Ausgangstor⇒ Mixed-Mode S-Parameter

Vorteil: Berücksichtigung von Gegen- und Gleich-taktsignalanteilen

Bestimmung der Mixed-Mode S-Parameter:

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 9

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H F T

Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

LNA-Schaltung mit symmetrischem Ausgangstor⇒ Mixed-Mode S-Parameter

Vorteil: Berücksichtigung von Gegen- und Gleich-taktsignalanteilen

Bestimmung der Mixed-Mode S-Parameter:

Messung/Simulation der "herkömmlichen"S-Parameter

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 9

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

LNA-Schaltung mit symmetrischem Ausgangstor⇒ Mixed-Mode S-Parameter

Vorteil: Berücksichtigung von Gegen- und Gleich-taktsignalanteilen

Bestimmung der Mixed-Mode S-Parameter:

Messung/Simulation der "herkömmlichen"S-Parameter

Berechnung der Mixed-Mode S-Parameter ausden "herkömmlichen" S-Parametern

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

U2

1

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2’

3

3’

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

U2

1

2

2’

3

3’

I2

I3

U3

a1

b1

a2

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Zaus

Zaus

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

U2

1

2

2’

3

3’

I2

I3

U3

a1

b1

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a3

b3

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Zaus

Zein

Zusammenfassung der Tore 2 und 3 zu einemsymmetrischen Tor 2d

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1 Ud2

1 2d

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Id2

a1

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1 Ud2

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2’d

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Problem: Reale Bauteile erzeugen stets einenunerwünschten Gleichtaktsignalanteil⇒ Verluste

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1 Ud2

1 2d

2’d

Id2

a1

b1

ad2

bd2

1’

Zd2Zein

Zur Erfassung des Gleichtaktsignalanteils⇒ Zusätzliches Gleichtakttor

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

2’c

Id2

Ic2

Uc2

a1

b1

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

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Id2

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

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Id2

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Uc2

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H F T

Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

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Id2

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Uc2

a1

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

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2’d

2c

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Grundlagen: Mixed-Mode S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

2’c

Id2

Ic2

Uc2

a1

b1

ad2

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b1

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Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

Eingangsfilter:

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

Eingangsfilter:

Begrenzung der Bandbreite des Eingangssignals(Unterdrückung von Störsignalen)

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

Eingangsfilter:

Begrenzung der Bandbreite des Eingangssignals(Unterdrückung von Störsignalen)

⇒ Epcos B9000 Filter

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

LNA:

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

LNA:

geringe Rauschzahl

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

LNA:

geringe Rauschzahl

möglichst hohe Verstärkung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

LNA:

geringe Rauschzahl

möglichst hohe Verstärkung

kleine Baugröße

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

LNA:

geringe Rauschzahl

möglichst hohe Verstärkung

kleine Baugröße

geringe Stromaufnahme

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

LNA:

geringe Rauschzahl

möglichst hohe Verstärkung

kleine Baugröße

geringe Stromaufnahme

hohe Störsignalfestigkeit

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

Page 50: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

LNA:

geringe Rauschzahl

möglichst hohe Verstärkung

kleine Baugröße

geringe Stromaufnahme

hohe Störsignalfestigkeit

⇒ Infineon BGA 622

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

Page 51: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

Zwischenstufenfilter:

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

Page 52: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

Zwischenstufenfilter:

Unterdrückung von Oberwellen und Intermodu-lationsprodukten

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

Page 53: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

Zwischenstufenfilter:

Unterdrückung von Oberwellen und Intermodu-lationsprodukten

Transformation von unsymmetrisch auf symmetrisch

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Eingangssignal

Zwischenstufenfilter:

Unterdrückung von Oberwellen und Intermodu-lationsprodukten

Transformation von unsymmetrisch auf symmetrisch

⇒ Epcos B7840 Filter

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 14

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H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Gesamter Aufbau der LNA-Schaltung

L1

L3

2,85 V

L5

L4C1 C2

C6 C7

C3 C4

C5

B9000 B7840

LNABGA 622

L2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 15

Page 56: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Gesamter Aufbau der LNA-Schaltung

L1

L3

2,85 V

L5

L4C1 C2

C6 C7

C3 C4

C5

B9000 B7840

LNABGA 622

L2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 15

Page 57: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Gesamter Aufbau der LNA-Schaltung

L1

L3

2,85 V

L5

L4C1 C2

C6 C7

C3 C4

C5

B9000 B7840

LNABGA 622

L2

Anpassungsnetzwerke

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 15

Page 58: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

Gesamter Aufbau der LNA-Schaltung

L1

L3

2,85 V

L5

L4C1 C2

C6 C7

C3 C4

C5

B9000 B7840

LNABGA 622

L2

Spannungsversorgung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 15

Page 59: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Aufbau der LNA-Schaltung

LNA-Schaltung

Funk-Chip

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 16

Page 60: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 17

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H F T

Messaufbauten

GSM Band Frequenzbereich Mittenfrequenz

850 824 MHz - 849 MHz 836,5 MHz

900 880 MHz - 915 MHz 897,5 MHz

1800 1710 MHz - 1785 MHz 1747,5 MHz

1900 1850 MHz - 1910 MHz 1880 MHz

UMTS 1920 MHz - 1980 MHz 1950 MHz

GPS 1575,42 MHz —

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 18

Page 62: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 63: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Störsignalzweig

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 64: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

SMIQ-Signalgenerator (Pmax = 16 dBm)

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 65: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Zusätzlicher Verstärker (Pmax = 34 dBm)

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 66: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Bandpassfilter (fMitte = fStör):Unterdrückung der vom Verstärker erzeugten Oberwellen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 67: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Isolator:

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 68: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Isolator:

Vermeidung einer Beeinflussung des Verstärkers

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 69: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Isolator:

Vermeidung einer Beeinflussung des Verstärkers

Kalibrierung unabhängig vom Störsignalzweig

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 70: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

GStör

Isolator:

Vermeidung einer Beeinflussung des Verstärkers

Kalibrierung unabhängig vom Störsignalzweig

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 71: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Viertor-Netzwerk-Analysator (Agilent E5071B)

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 72: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

3 dB-Dämpfungsglied:

Schutz des NWA vor reflektierten Störsignalen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 73: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

10 dB

0,6 dB

Richtkoppler:

Zusammenführung von Mess- und Störsignal

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 74: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Device Under Test: LNA-Schaltung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 19

Page 75: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Messaufbau

Signalgenerator

Netzwerk-Analysator

Richtkoppler

Bandpass-Filter

LNA-Schaltung

Verstärker

E-Cal Kit

Isolator

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 20

Page 76: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Rauschzahlmessungen

Verwendung eines Noise Figure Meters (HP 8970B)als Messgerät

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 21

Page 77: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Rauschzahlmessungen

Verwendung eines Noise Figure Meters (HP 8970B)als Messgerät

Problem: Es können nur Zweitore vermessen werden

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 21

Page 78: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

LNA Schaltung:

L1

L3

2,85 V

L5

L4C1 C2

C6 C7

C3 C4

C5

B9000 B7840

LNABGA 622

L2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 22

Page 79: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Lösung:

L1

L3

2,85 V

L5

L4C1 C2

C6 C7

C3 C4

C5

B9000 B7840

LNABGA 622

L2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 22

Page 80: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Lösung:

L1

L3

2,85 V

C1 C2

C6 C7

C3 C4

B9000

LNABGA 622

L2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 22

Page 81: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Lösung:

L1

L3

2,85 V

C1 C2

C6 C7

C3 C4

B9000

LNABGA 622

L2

Einfluß der ausgelöteten Bauteile wurde rechnerisch einbezogen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 22

Page 82: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 83: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Bandsperrenfilter (fMitte = 1575,42 MHz):

Unterdrückung der Rauschbeiträge des Signalgenerators und

des Verstärkers

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 84: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Noise Figure Meter HP 8970B in Verbindung mit einer HP 346B

Rauschquelle

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 85: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Isolator:

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 86: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Isolator:

Schutz der Rauschquelle vor Störsignalen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 87: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Isolator:

Schutz der Rauschquelle vor Störsignalen

Vermeidung von Intermodulationsprodukten

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 88: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

4,7 dB

4,6 dB

Richtkoppler:

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 89: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

4,7 dB

4,6 dB

Richtkoppler:

Geringe Dämpfung der Rauschleistung

⇒ Erhöhte Messgenauigkeit

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 90: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Bandpassfilter (fMitte = 1575,42 MHz):

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 91: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Noise Figure Meter

1

23

1

2

3

Signal-Generator

DUT

50 W

50 W

G

kT

Bandpassfilter (fMitte = 1575,42 MHz):Unterdrückung von Oberwellen und Intermodulations-

produkten

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 23

Page 92: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Rauschzahl Messaufbau

Bandsperrenfilter

BandpassfilterNoise Figure Meter

Rauschquelle

Isolator

Richtkoppler

Bandpassfilter

Isolator

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 24

Page 93: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 25

Page 94: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

Wahl des S-Parameter-Simulationsverfahrens:

Im Allgemeinen kommt die S-Parameter-Simulationzum Einsatz

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 26

Page 95: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

Wahl des S-Parameter-Simulationsverfahrens:

Im Allgemeinen kommt die S-Parameter-Simulationzum Einsatz

Problem: Nur für den Kleinsignalfall gültig⇒ nichtlineare Effekte werden nicht berücksichtigt

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 26

Page 96: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

Wahl des S-Parameter-Simulationsverfahrens:

Im Allgemeinen kommt die S-Parameter-Simulationzum Einsatz

Problem: Nur für den Kleinsignalfall gültig⇒ nichtlineare Effekte werden nicht berücksichtigt

Lösung: LSSP (Large Signal S-Parameter)-Simulation

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 26

Page 97: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

2

3 Ref

1

V_DCVdc=2.85 V

21

Ref

2

3

1

LNA

Out

Gnd

VCC

In

S2PFile="B9000.s2p"

S3PFile="B7840.s3p"

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 27

Page 98: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

2

3 Ref

1

V_DCVdc=2.85 V

21

Ref

2

3

1

LNA

Out

Gnd

VCC

In

S2PFile="B9000.s2p"

S3PFile="B7840.s3p"

Block 1:Signalerzeugung und -zusammenführung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 28

Page 99: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

2

3 Ref

1

V_DCVdc=2.85 V

21

Ref

2

3

1

LNA

Out

Gnd

VCC

In

S2PFile="B9000.s2p"

S3PFile="B7840.s3p"

Block 2:LNA-Schaltung ohne Ausgangsfilterung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 28

Page 100: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

2

3 Ref

1

V_DCVdc=2.85 V

21

Ref

2

3

1

LNA

Out

Gnd

VCC

In

S2PFile="B9000.s2p"

S3PFile="B7840.s3p"

Block 3:Ausgangsfilterung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 28

Page 101: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

CouplerSingle

Direct=33 dB

Loss=0.2 dB

Coupling=10 dB

2

3

1

R=50 Ohm

P_1Tone

Freq=GPS-Frequenz

P=dbmtow( - 15)

V_1Tone

Freq=Störfrequenz

V=dbmtov(Störleistung,50)

Block 1: Signalerzeugung und -zusammenführung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 29

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H F T

S-Parameter Simulation

CouplerSingle

Direct=33 dB

Loss=0.2 dB

Coupling=10 dB

2

3

1

R=50 Ohm

P_1Tone

Freq=GPS-Frequenz

P=dbmtow( - 15)

V_1Tone

Freq=Störfrequenz

V=dbmtov(Störleistung,50)

Eingangstor, realisiert durch eine "P1_Tone"-Leistungsquelle

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 29

Page 103: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

CouplerSingle

Direct=33 dB

Loss=0.2 dB

Coupling=10 dB

2

3

1

R=50 Ohm

P_1Tone

Freq=GPS-Frequenz

P=dbmtow( - 15)

V_1Tone

Freq=Störfrequenz

V=dbmtov(Störleistung,50)

Störsignalerzeugung mittels einer"V_1Tone"-Spannungsquelle

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 29

Page 104: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

CouplerSingle

Direct=33 dB

Loss=0.2 dB

Coupling=10 dB

2

3

1

R=50 Ohm

P_1Tone

Freq=GPS-Frequenz

P=dbmtow( - 15)

V_1Tone

Freq=Störfrequenz

V=dbmtov(Störleistung,50)

Zusammenführung von Stör- und Messsignal

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 29

Page 105: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

0.5 pF0.5 pF 2.7 pF

5.6 nH

5.6 nH18 nH

22 pF

V_DC

Vdc=2.85 V

2.2 pF

S2PFile="B9000.s2p"

21

Ref

LNA

Out

Gnd

VCC

In

1.5 pF

Block 2: LNA-Schaltung ohne Ausgangsfilterung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 30

Page 106: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

0.5 pF0.5 pF 2.7 pF

5.6 nH

5.6 nH18 nH

22 pF

V_DC

Vdc=2.85 V

2.2 pF

S2PFile="B9000.s2p"

21

Ref

LNA

Out

Gnd

VCC

In

1.5 pF

Messwerte mittels eines "Data Items" in dieSimulation eingebunden

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 30

Page 107: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

0.5 pF0.5 pF 2.7 pF

5.6 nH

5.6 nH18 nH

22 pF

V_DC

Vdc=2.85 V

2.2 pF

S2PFile="B9000.s2p"

21

Ref

LNA

Out

Gnd

VCC

In

1.5 pF

LNA in einem separaten Schaltplan realisiert

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 30

Page 108: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

9.8 nH

9.8 nH

0.6 pF

S3PFile="B7840.s3p"

2

3 Ref

1

P_1Tone

Freq=GPS-FrequenzP=dbmtow(-30)

Block 3: Ausgangsfilterung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 31

Page 109: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

9.8 nH

9.8 nH

0.6 pF

S3PFile="B7840.s3p"

2

3 Ref

1

P_1Tone

Freq=GPS-FrequenzP=dbmtow(-30)

Nachteil: Vernachlässigung des Gleichtaktsignal-anteils

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 31

Page 110: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

9.8 nH

9.8 nH

0.6 pF

S3PFile="B7840.s3p"

2

3 Ref

1

P_1Tone

Freq=GPS-FrequenzP=dbmtow(-30)

P_1Tone

Freq=GPS-Frequenz

P=dbmtow(-30)

Zur Berücksichtigung des Gleichtaktsignalanteils:

Separate Abschlußquellen an den Toren 2 und 3

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 31

Page 111: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

S-Parameter Simulation

9.8 nH

9.8 nH

0.6 pF

S3PFile="B7840.s3p"

2

3 Ref

1

P_1Tone

Freq=GPS-FrequenzP=dbmtow(-30)

P_1Tone

Freq=GPS-Frequenz

P=dbmtow(-30)

Zur Berücksichtigung des Gleichtaktsignalanteils:

Separate Abschlußquellen an den Toren 2 und 3

Umrechnung in die Mixed-Mode S-Parameter

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 31

Page 112: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 32

Page 113: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

2’c

Id2

Ic2

Uc2

a1

b1

ad2

bd2

ac2

bc2

1’

Zd2

Zc2

Zein DUT

b1

bd2

bc2

=

sss11

ssd12

ssc12

sds21

sdd22

sdc22

scs21

scd22

scc22

·

a1

ad2

ac2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 33

Page 114: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

2’c

Id2

Ic2

Uc2

a1

b1

ad2

bd2

ac2

bc2

1’

Zd2

Zc2

Zein DUT

b1

bd2

bc2

=

sss11

ssd12

ssc12

sds21

sdd22

sdc22

scs21

scd22

scc22

·

a1

ad2

ac2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 34

Page 115: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

2’c

Id2

Ic2

Uc2

a1

b1

ad2

bd2

ac2

bc2

1’

Zd2

Zc2

Zein DUT

b1

bd2

bc2

=

sss11

ssd12

ssc12

sds21

sdd22

sdc22

scs21

scd22

scc22

·

a1

ad2

ac2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 34

Page 116: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: S-Parameter

I1

U1

Ud2

1

2d

2’d

2c

2’c

Id2

Ic2

Uc2

a1

b1

ad2

bd2

ac2

bc2

1’

Zd2

Zc2

Zein DUT

b1

bd2

bc2

=

sss11

ssd12

ssc12

sds21

sdd22

sdc22

scs21

scd22

scc22

·

a1

ad2

ac2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 34

Page 117: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

−13

−11

−9

−7

−5

−3

Störleistung /dBm

|sss

11| /

dB

−10 −5 0 5 10 15 20 25

−15

−14

−13

−12

−11

Störleistung /dBm

|sdd

22| /

dB

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

4

6

8

10

12

14

16

Störleistung /dBm

|sds

21| /

dB

simuliertgemessen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 35

Page 118: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: S-Parameter

L1

L3

2,85 V

L5

L4C1 C2

C6 C7

C3 C4

C5

B9000 B7840

LNABGA 622

L2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 36

Page 119: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: S-Parameter

Netzwerk-Analysator

1

2

3

DUT

Signal-Generator

50 W

50 W

1

2

3

A

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 37

Page 120: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

−13

−11

−9

−7

−5

−3

Störleistung /dBm

|sss

11| /

dB

−10 −5 0 5 10 15 20 25

−15

−14

−13

−12

−11

Störleistung /dBm

|sdd

22| /

dB

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

4

6

8

10

12

14

16

Störleistung /dBm

|sds

21| /

dB

simuliertgemessen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 38

Page 121: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 1747,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

−13

−11

−9

−7

−5

−3

Störleistung /dBm

|sss

11| /

dB

−10 −5 0 5 10 15 20 25

−15

−14

−13

−12

−11

Störleistung /dBm

|sdd

22| /

dB

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

4

6

8

10

12

14

16

Störleistung /dBm

|sds

21| /

dB

simuliertgemessen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 39

Page 122: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 251

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

simuliertgemessen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 40

Page 123: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: Rauschzahl

L1

L3

2,85 V

C1 C2

C6 C7

C3 C4

B9000

LNABGA 622

L2

sein

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 41

Page 124: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: Rauschzahl

sopt,sim

sein,mess

fGPS = 1575,42 M zH

N + 0,2 dBFmin

N + 0,4 dBFmin

sopt,mess

sein,sim

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 42

Page 125: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: Rauschzahl

L1

L3

2,85 V

C1 C2

C6 C7

C3 C4

B9000

LNABGA 622

L2

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 43

Page 126: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: Rauschzahl

L1

L3

2,85 V

C1 C2

C6 C7

C3 C4

B9000

LNABGA 622

L2

Fges = F1 +F2 − 1

Gverf1

+ ... +FN − 1

Gverf1Gverf2

· · · · Gverf(N−1)

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 43

Page 127: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 44

Page 128: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

0,3 dB Offset bei Messung/Simulation des reinen LNAs

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 44

Page 129: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

0,3 dB Offset bei Messung/Simulation des reinen LNAs

0,2 dB Offset bei Messung/Simulation der Eingangsfilterung

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 44

Page 130: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

0,3 dB Offset bei Messung/Simulation des reinen LNAs

0,2 dB Offset bei Messung/Simulation der Eingangsfilterung

Messungenauigkeit des Noise Figure Meters

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 44

Page 131: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

0,3 dB Offset bei Messung/Simulation des reinen LNAs

0,2 dB Offset bei Messung/Simulation der Eingangsfilterung

Messungenauigkeit des Noise Figure Meters

⇒ Gesamtoffset ≈ 0,6 dB

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 44

Page 132: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 897,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 25

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

0,3 dB Offset bei Messung/Simulation des reinen LNAs

0,2 dB Offset bei Messung/Simulation der Eingangsfilterung

Messungenauigkeit des Noise Figure Meters

⇒ Gesamtoffset ≈ 0,6 dB

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 44

Page 133: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Ergebnisse: fGPS = 1575,42 MHz fStör = 1747,5 MHz

−10 −5 0 5 10 15 20 251

2

3

4

5

6

7

Störleistung /dBm

Noi

se F

igur

e /d

B

simuliertgemessen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 45

Page 134: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Gliederung

Einleitung

Grundlagen

Aufbau der Low Noise Amplifier Schaltung

Messaufbauten

Simulation

Vergleich zwischen Simulations- undMessergebnissen

Zusammenfassung und Ausblick

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 46

Page 135: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Zusammenfassung und Ausblick

Rauschzahl, Stabilität, Verstärkung und Anpassungder LNA-Schaltung hinsichtlich Großsignalfestigkeitsimuliert und vermessen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 47

Page 136: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Zusammenfassung und Ausblick

Rauschzahl, Stabilität, Verstärkung und Anpassungder LNA-Schaltung hinsichtlich Großsignalfestigkeitsimuliert und vermessen

Die dazu notwendigen Messaufbauten entwickelt

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 47

Page 137: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Zusammenfassung und Ausblick

Rauschzahl, Stabilität, Verstärkung und Anpassungder LNA-Schaltung hinsichtlich Großsignalfestigkeitsimuliert und vermessen

Die dazu notwendigen Messaufbauten entwickelt

Messergebnisse zukünftig für Pegelpläne verwendbar

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 47

Page 138: Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für ... · H F T Diplomarbeit Charakterisierung eines A-GPS-Empfängers für die Integration in GSM/UMTS Mobilfunksystemen

H F T

Zusammenfassung und Ausblick

Rauschzahl, Stabilität, Verstärkung und Anpassungder LNA-Schaltung hinsichtlich Großsignalfestigkeitsimuliert und vermessen

Die dazu notwendigen Messaufbauten entwickelt

Messergebnisse zukünftig für Pegelpläne verwendbar

Zum Teil deutliche Diskrepanz zwischen Mess- undSimulationsergebnissen

Frank Stegemann Charakterisierung eines A-GPS-Empfangers, 29.09.2005 47

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Zusammenfassung und Ausblick

Rauschzahl, Stabilität, Verstärkung und Anpassungder LNA-Schaltung hinsichtlich Großsignalfestigkeitsimuliert und vermessen

Die dazu notwendigen Messaufbauten entwickelt

Messergebnisse zukünftig für Pegelpläne verwendbar

Zum Teil deutliche Diskrepanz zwischen Mess- undSimulationsergebnissen

Zukünftige Arbeit könnte eine Verbesserung desLNA-Modells beinhalten

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Simulation: Rauschzahl

21

Ref

LNA

BJT-Modell

Out

Gnd

VCC

In

S2PFile="B9000.s2p"

S3PFile="anzac Koppler.s3p"

2

3Ref

1

Options1Temp=16.85

OPTIONS

Step=1Stop=30Start=-20Order[2]=30Order[1]=30

Freq[1]=GPS-FrequenzFreq[2]=Störfrequenz

MaxOrder=5

HARMONIC BALANCE

V_DCVdc=2.85 V

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