1. 序論：受信感度——セルラー通信の“聴力”鍵となる
セルラー（Cellular）通信において、受信感度（Receiver Sensitivity）は、機器が弱信号環境下で正常に動作できるかどうかを判定する重要な指標の一つです。簡単に言えば、これは携帯電話が弱信号環境（地下鉄、エレベーター、地下室などの信号“ブラインドゾーン”など）において、安定した通話やスムーズな動画視聴が可能かどうかを決定します。
セルラー（Cellular）通信システムでは、周波数帯域が日益増加し、同時にCA/MIMO/ENDC技術が広く適用されるにつれ、受信経路におけるノイズと干渉はますます複雑になっています。受信経路において、低雑音増幅器（LNA）はしばしば第一段の有源素子として機能し、システムがノイズの中から有用な信号を“引き出せる”かどうかを決定します。
2. 原理：LNAどう役立つか
なぜLNA受信感度を向上させることができるのかを知るには、まず理論的に受信感度がどのような“要素”に影響を受けるかを理解する必要があります。受信感度とは、許容可能な誤り率のもとで受信機が検出可能な最小信号強度であり、以下の式で表すことができます：
ここで、-174 dBm/Hzは室温における熱雑音基底、NFは受信リンク全体の雑音指数、SNR_minは復調に必要な最小信号対雑音比、Bは信号帯域幅です。RF フロントエンド受信回路において、SNR_minは主に信号の変調方式によって決定され、Bは実際の通信帯域幅によって決定されます。信号の変調方式と帯域幅は通信プロトコルによって決定され、RF フロントエンド回路設計とは無関係であるため、をNF低減することこそが、感度向上のための最も直接的な手段です。
__TRANS_0048__: 雑音の級联公式__TRANS_0048__（線形値を用いて計算）に基づけば、多段増幅器の総雑音は主に第一段の雑音と利得によって決定されるという結論が得られます。言い換えれば、第一段LNAの雑音が十分に低く、利得が十分に高ければ、後段の各回路（SAW、Transceiver等）引入のノイズは“抑制され”、機器全体のノイズへの影響はごくわずかです。
一般的な受信機システムでは、LNAは通常第一段の有源素子であり、かつTransceiver比較的大きなノイズを持ちます。したがって、低ノイズ・高利得のLNAを選択することで、後段リンクの総NFへの影響をほぼ完全に抑制し、機器全体の総NFをLNA自体のNF値に近づけ、 thereby 受信感度を向上させることができます。実際の応用では、eLNAを可能な限り RF フロントエンド（アンテナ側）に近づけて配置し、システム的な最適化マッチングによってフロントエンドの挿入損失を低減することで、リンク全体のNFは通常約3dB低減できます。
3. LTE LNA選定において、どのパラメータを見るべきか？
合格したLTE LNAかどうかは、主に以下の指標で判断します：
ノイズ係数（NF）：LNA自体が発生させるノイズ量を直接決定し、NFは低いほど良く、感度向上の鍵となります。
利得（Gain）：有用な信号を増幅すると同時に、“後段のノイズを”抑制します。しかし、利得は高ければ高いほど良いわけではなく、高すぎると線形性が低下し、強信号下で飽和歪みを生じやすくなります。ノイズの級連式から導かれるように、利得があるレベルまで増大すると、それ以上増大してもシステムのNF改善効果は小さくなり、そのため一般的なLTE LNAの利得は18dB程度であり、それ以上の利得増加はシステムのNF向上に対してごくわずかしか寄与しません。
1dB圧縮点（P1dB）: 通信機器が基地局に近づき受信信号強度が大きくなると、LNAは飽和領域に入りやすくなり、利得圧縮および高調波歪みを引き起こし、感度を低下させます
第三順序交差截点（IP3）: 複数キャリア/複数バンド共存シナリオ,例えばキャリアアグリゲーション（CA）または異なる方式の信号を同時に受信する際、LNAの非線形性により相互変調歪み（IMD）が生じ、動作周波数帯域内に落入すると除去できないため、この時IP3の指標が特に重要となります。
バイパスモード（Bypass Mode）：携帯電話が基地局に非常に近い場合、受信信号が強くなります。この時、もしLNAが高ゲインモードで動作し続けると、入力信号がその線形範囲を大幅に超え、増幅器が飽和状態に陥ります。Bypass Modeは必要に応じてLNAを“バイパスさせることを可能にし、”——信号は能動増幅段を経由せず、低損失のバイパス経路を通じて後段回路へ直接伝送されます。
消費電力（ICC）： 携帯電話やタブレットなどのモバイル機器にとって、低消費電力は必須要件です。LNAの動作電流は通常数 mA から十数 mA の範囲であり、Bypassモード時の静止電流は1μA以内に制御する必要があります。
動作周波数範囲（Frequency Range）: LNAのDatasheetには推奨周波数帯域がありますが、一部のアプリケーションシーンでは推奨帯域と目標帯域が完全に一致しない場合があります。このような場合、外付け部品LCを用いてLNAを目標帯域にマッチングさせることを検討できます。例えば、GNSS LNAはN255にマッチング可能であり、MB LTE LNAはバンドBypass Modeを持つGNSS LNAにマッチング可能です。
4. 製品事例：awinicLTE LNAソリューション
awinic は RF 分野に十余年深く注力し、RF 製品は主にLNAおよびRF Switchの方向に焦点を当てています。LTE周波数帯域において、awinic は低周波数帯域から高周波数帯域までを完全にカバーする製品マトリックスを展開しており、その中でもAWR15008HDNRとAW5008HGDNRの 2 種類の部品は、異なる周波数帯域のニーズに対応する代表的な製品です。
AWR15008HDNR：
はLTE HBおよびBDS周波数帯域に焦点を当て、2300MHz~2690MHz
外付けマッチングが簡潔で調整が容易：入力端にインダクタを 1 つ直列接続するだけで済みます
雑音指数は低至0.72dB
ゲインは最大18.5dB
内蔵Bypass機能：Bypass Mode電流は未満1μA
パッケージ：DFN 1.1mm×0.7mm–6L
図1： AWR15008HDNR 標準アプリケーション図
AW5008HGDNR：
サポートLTE MHB、NTNメインストリーム周波数帯域 1425MHz~2200MHz および 2300MHz~2690MHz
外部整合が簡潔でデバッグが容易：入力端子にインダクタを直列接続するのみ
NF：0.55dB@1425MHz~1560MHz、0.6 dB @1800MHz~2200MHz、0.75 dB @2300MHz~2690MHz
ゲインは最大20.5dB
内蔵Bypass機能：Bypass Mode電流は未満1μA
パッケージ：DFN 1.1mm×0.7mm–6L
図2： AW5008HGDNR 標準アプリケーション図
さらに、awinic はカバーする700 MHzから2690 MHzまでの完全なLNA製品マトリックスを提供しており、NFから0.5 dBまで様々で、ゲインは1.2 dBから13 dBの間で柔軟に選択可能です。異なる動作電圧および動作温度のカバレッジにより、より多くのアプリケーションシーンに対応できます。21 dB結び
5. まるで受信チェーンの
LNAゴールキーパー“のように、低雑音と高ゲインによって後段の回路のためにクリーンな作業空間を確保します。awinic の複数の製品は”低雑音、高ゲイン、低消費電力の三つにおいて優れたバランスを実現しており、フラッグシップスマートフォンから IoT モジュールまで、適切な組み合わせを見つけることができます。が徐々に普及している今日においても、5Gは長期間存在し続け、優れたLTEは、ユーザー体験を向上させる上で見過ごせないLNA影の功臣“です。”
沪ICP备10011954号 |
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