專利名稱：具有增益可控輸入放大器的接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及具有增益可控輸入放大器的接收機(jī)。例 如，該接收機(jī)可為從射頻頻譜中選擇的信道中獲得視頻、音頻及其它 數(shù)據(jù)的電視接收機(jī)。在這樣的接收機(jī)中，增益可控輸入放大器典型地 使射頻頻譜處于適當(dāng)?shù)男盘?hào)電平以便于進(jìn)一步的處理。
本發(fā)明的其它方面涉及上述增益可控放大器、信息呈現(xiàn)系統(tǒng)、以 及針對(duì)接收機(jī)的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利申請(qǐng)No. 3,872,395描述了包括運(yùn)算放大器、可變偏移電 勢(shì)源、以及四個(gè)電阻性阻抗的信號(hào)調(diào)節(jié)電路，上述組件彼此關(guān)聯(lián)地工 作，以使該電路具有與增益和偏移調(diào)整無(wú)關(guān)的恒定輸入阻抗。通過(guò)改 變放大器反饋電路中的阻抗之一來(lái)實(shí)現(xiàn)增益變化，并通過(guò)偏移電勢(shì)源 的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)偏移調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面， 一種接收機(jī)具有包括信號(hào)電壓放大器和 反饋路徑的輸入放大器。信號(hào)電壓放大器提供了從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié) 點(diǎn)的電壓增益。該電壓增益是可控的。反饋路徑提供了從輸出節(jié)點(diǎn)到 輸入節(jié)點(diǎn)的跨導(dǎo)納。該反饋路徑是可控的。
本發(fā)明考慮了以下方面。在接收機(jī)中，輸入放大器提供增益，該 增益一般是在噪聲和失真之間的折衷。提高增益一般會(huì)減少噪聲但會(huì) 增大失真。相反地，降低增益一般會(huì)減少失真但會(huì)增加噪聲。存在提 供最佳折衷的最優(yōu)增益。最優(yōu)增益依據(jù)輸入信號(hào)狀況。當(dāng)輸入信號(hào)相 對(duì)較弱時(shí)，最優(yōu)增益相對(duì)較高。相反地，當(dāng)輸入信號(hào)相對(duì)較強(qiáng)時(shí)，最 優(yōu)增益相對(duì)較低。當(dāng)輸入放大器的增益可控時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)增益可 作為檢測(cè)到的輸入信號(hào)狀況的函數(shù)而變化時(shí)，可以在不同的輸入信號(hào) 狀況下獲得最優(yōu)增益。
輸入放大器的另一特性影響接收質(zhì)量。輸入放大器具有輸入阻抗， 該輸入阻抗構(gòu)成了在該輸入放大器之前的電路或任何其它電氣實(shí)體的 負(fù)載。結(jié)果，輸入放大器的輸入阻抗影響在輸入放大器之前的電路的 電氣特性。 一般而言，只有在輸入阻抗位于特定值范圍內(nèi)時(shí)，這些電 氣特性才是適當(dāng)?shù)摹Ｒ簿褪钦f(shuō)，在輸入放大器和輸入放大器之前的電 路之間應(yīng)該有足夠的阻抗匹配。例如，濾波器可能處于輸入放大器之 前。當(dāng)阻抗匹配不足時(shí)濾波器特性將變差；輸入放大器的輸入阻抗不 是過(guò)高就是過(guò)低。另一個(gè)示例是，輸入放大器可能與纜線網(wǎng)絡(luò)連接。 當(dāng)阻抗匹配不足時(shí)將存在干擾性的信號(hào)反射。
在輸入阻抗保持在所期望的值范圍內(nèi)的情況下，存在允許增益可 控和基本固定的輸入阻抗的電路配置。 一種可能的電路配置包括具有 低阻抗輸入和串聯(lián)電阻的放大器電路，該串聯(lián)電阻連接在輸入放大器 的輸入節(jié)點(diǎn)和低阻抗輸入之間。串聯(lián)電阻基本上確定輸入阻抗。前述 的現(xiàn)有技術(shù)是這種電路配置的示例，其中放大器電路包括運(yùn)算放大器 和連接在運(yùn)算放大器的輸出和倒相輸入之間的可控電阻。增益作為該 可控電阻的函數(shù)而變化，但是這不影響輸入阻抗。另一種可能的電路 配置包括具有高阻抗輸入和并聯(lián)(shimt)電阻的放大器電路，該并聯(lián) 電阻連接在高阻抗輸入和信號(hào)地之間。并聯(lián)電阻基本上確定輸入阻抗。
上文中所描述的電路配置在噪聲方面的性能中等。也就是說(shuō)，這 些電路配置向所需信號(hào)添加相對(duì)較多的噪聲，這意味著這些電路配置 具有相對(duì)較差的噪聲指數(shù)。這是因?yàn)榛旧洗_定輸入阻抗的電阻會(huì)產(chǎn) 生噪聲并耗散輸入信號(hào)功率。該電阻引入了對(duì)信噪比造成影響的信號(hào) 損失。
在接收機(jī)中，輸入放大器的噪聲指數(shù)在相對(duì)較大的程度上確定接 收機(jī)的噪聲指數(shù)。在輸入放大器的增益被設(shè)為較低值時(shí)，情況尤其如 此，這是因?yàn)槔缟漕l頻譜中存在一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)信號(hào)的情況下。因此， 如果輸入放大器具有如上文所述的電路配置，則接收機(jī)具有相對(duì)較差 的靈敏度。盡管增益可控且輸入阻抗是基本固定的，但是，由于噪聲
指數(shù)相對(duì)較差，所以在弱輸入信號(hào)的情況下接收質(zhì)量相對(duì)較低。接收 機(jī)將具有相對(duì)較差的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的上述方面，輸入放大器包括用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)到 輸出節(jié)點(diǎn)的可控電壓增益的信號(hào)電壓放大器。反饋路徑提供從輸出節(jié) 點(diǎn)到輸入節(jié)點(diǎn)的可控跨導(dǎo)納。
輸入放大器的輸入阻抗等于輸入節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)電壓除以輸入節(jié)點(diǎn) 處的信號(hào)電流。信號(hào)電壓放大器將輸入節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)電壓放大，從而 在輸出節(jié)點(diǎn)處存在信號(hào)電壓。輸出節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)電壓是輸入節(jié)點(diǎn)處的 信號(hào)電壓乘以由信號(hào)電壓放大器提供的電壓增益。跨導(dǎo)納將輸出節(jié)點(diǎn) 上存在的信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為流向輸入節(jié)點(diǎn)的信號(hào)電流。因此，電壓增益 和跨導(dǎo)納限定了輸入放大器的輸入阻抗。由于跨導(dǎo)納是可控的，所以 當(dāng)電壓增益變化時(shí)，可以將輸入阻抗保持在期望的值范圍內(nèi)。不需要 對(duì)輸入節(jié)點(diǎn)處的電阻進(jìn)行限定的輸入阻抗，否則，該輸入阻抗將引入 信號(hào)損失并使噪聲性能變差。為此，本發(fā)明可以獲得更好的接收質(zhì)量。
在下文中將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的上述和其它方面。


圖1是示出了視頻顯示系統(tǒng)的框圖2是示出了視頻顯示系統(tǒng)的射頻放大器的概念圖3是示出了形成射頻放大器的一部分的可控電流反饋電路的框
圖4A是示出了射頻放大器的低噪聲實(shí)現(xiàn)的電路圖； 圖4B是示出了形成射頻放大器的低噪聲實(shí)現(xiàn)的一部分的偏置控 制電路的框圖5是示出了射頻放大器的低失真實(shí)現(xiàn)的電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了視頻顯示系統(tǒng)VDS。視頻顯示系統(tǒng)VDS包括接收機(jī) REC和顯示設(shè)備DPL。接收機(jī)REC從接收機(jī)REC所接收的射頻頻譜 RF中的所需信道中獲得視頻信號(hào)VID。顯示設(shè)備DPL顯示視頻信號(hào)
VID。用戶可以通過(guò)諸如遙控設(shè)備RCD等來(lái)選擇所需信道。接收機(jī) REC可以是諸如電視機(jī)、機(jī)頂盒或數(shù)字視頻錄像機(jī)之類的形式。
接收機(jī)REC包括射頻濾波器RFFIL、射頻放大器RFAMP、信道 選擇和檢測(cè)電路CHSD、以及控制器CTRL。射頻濾波器RFFIL在接 收機(jī)REC所接收的射頻頻譜RF內(nèi)選擇所需頻帶。例如，射頻濾波器 RFFIL可以選擇所需信道位于其中的特定電視頻帶。射頻濾波器 RFFIL提供己濾波的射頻頻譜RFF，該射頻頻譜RFF包括存在于所選 電視頻帶中的信道。對(duì)在所選電視頻帶之外的信道進(jìn)行抑制。頻帶控 制信號(hào)BC可以使射頻濾波器RFFIL從一個(gè)頻帶切換到另一個(gè)頻帶。
射頻放大器RFAMP放大已濾波的射頻頻譜，以提供具有適當(dāng)?shù)?信號(hào)功率的已濾波和放大的射頻頻譜RFFA。為此，射頻放大器RFAMP 具有可控的增益?？刂圃撛鲆嬉允挂褳V波和放大的射頻頻譜RFFA具 有在噪聲和失真之間取折衷的適當(dāng)信號(hào)功率。增益控制信號(hào)GC確定 射頻放大器RFAMP的增益。信道選擇和檢測(cè)電路CHSD可以提供增 益控制信號(hào)GC。備選地，控制器CTRL可以基于諸如從信道選擇和 檢測(cè)電路CHSD或從延展于射頻頻譜RF和視頻信號(hào)VID之間的信號(hào) 路徑上的其他任何電路接收的數(shù)據(jù)，來(lái)提供增益控制信號(hào)GC。
信道選擇和檢測(cè)電路CHSD對(duì)所需信道之外的任何信號(hào)進(jìn)行抑 制。為此，信道選擇和檢測(cè)電路CHSD可以包括位于具有特定通帶的 信道選擇濾波器之前的變頻器。變頻器執(zhí)行頻移，以使所需信道落入 信道選擇濾波器的通帶之內(nèi)。解調(diào)器從己經(jīng)過(guò)通帶濾波的所需信道內(nèi) 的信號(hào)中導(dǎo)出基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)可以經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理，例如進(jìn)一 步的處理可包括信道解碼、糾錯(cuò)和基帶解碼，例如MPEG2解碼。該 處理產(chǎn)生視頻信號(hào)VID。
射頻放大器RFAMP在相對(duì)較大的程度上確定了接收質(zhì)量。具體 而言，射頻放大器RFAMP基本上確定了接收機(jī)REC的靈敏度。噪聲 指數(shù)通常用作靈敏度的品質(zhì)因數(shù)。
如下方面進(jìn)一步確定了接收質(zhì)量。射頻放大器RFAMP具有特定 的輸入阻抗。該輸入阻抗構(gòu)成射頻濾波RFFIL的負(fù)載阻抗。當(dāng)負(fù)載阻 抗具有射頻濾波器RFFIL的設(shè)計(jì)所針對(duì)的特定值時(shí)，射頻濾波器
RFFIL提供所需的濾波器特性。例如所需的負(fù)載阻抗可為50或 75ohms。相反，當(dāng)負(fù)載阻抗具有與射頻濾波器RFFIL的設(shè)計(jì)所針對(duì)的 所需值基本上不同的值時(shí)，射頻濾波器RFFIL可能提供劣化的濾波器 特性。在這種情況下，在射頻濾波器RFFIL和射頻放大器RFAMP之 間阻抗失配。該阻抗失配可能對(duì)所需頻帶之外的信號(hào)的抑制造成不利 影響。該阻抗失配還可能導(dǎo)致所需頻帶中的信號(hào)損失，這會(huì)不利地影 響噪聲指數(shù)。
而且，上述的阻抗失配可能導(dǎo)致接收機(jī)REC具有與諸如50或 75ohms等所需值基本上不同的輸入阻抗。也就是說(shuō)，射頻濾波器 RFFIL和射頻放大器RFAMP之間的阻抗失配可能導(dǎo)致接收機(jī)輸入阻 抗失配。接收機(jī)輸入阻抗失配可能引起在諸如傳輸射頻頻譜RF的纜 線網(wǎng)絡(luò)中的反射。因此，希望射頻放大器RFAMP具有基本固定的輸 入阻抗，該輸入阻抗與射頻濾波器RFFIL的設(shè)計(jì)所針對(duì)的負(fù)載阻抗相 對(duì)應(yīng)。
圖2示出了射頻放大器RFAMP。射頻放大器RFAMP具有用于接 收已濾波的射頻頻譜RFF的輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)SIN，以及用于提供己濾波 和放大的射頻頻譜RFFA的輸出信號(hào)節(jié)點(diǎn)SON。信號(hào)電壓放大器SVA 和反饋路徑FBP連接在輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)SIN和輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)SON之間。 信號(hào)電壓放大器SVA提供可控的電壓增益VG。反饋路徑FBP提供可 控的跨導(dǎo)納GM?？鐚?dǎo)納GM是電壓到電流的轉(zhuǎn)換因子。
增益和反饋控制接口 GFI基于由射頻放大器RFAMP接收的增益 控制信號(hào)GC，控制電壓增益VG和跨導(dǎo)納GM。信號(hào)電壓放大器SVA 與增益和反饋控制接口 GFI可以共享一個(gè)或多個(gè)組件。也就是說(shuō)，上 述實(shí)體不必是分離的電路。從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，圖2應(yīng)被視為概念圖。 同樣的論述適用于反饋路徑FBP，其也可與增益和反饋控制接口 GFI 共享一個(gè)或多個(gè)組件。
反饋路徑FBI提供反饋信號(hào)電流Isf。反饋信號(hào)電流Isf作為在輸 出節(jié)點(diǎn)SON上存在的輸出信號(hào)電壓Vso的函數(shù)而變化。反饋路徑FBP 確定該函數(shù)。優(yōu)選地，反饋信號(hào)電流Isf是輸出信號(hào)電壓Vso的線性 函數(shù)。數(shù)學(xué)表達(dá)式為
Isf=GM. Vso + 3
其中3表示可以形成反饋信號(hào)電流Isf中一部分的任何其它分量。
輸出信號(hào)電壓Vso等于輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)SIN上存在的輸入信號(hào)電壓 Vsi乘以電壓增益VG。因此，反饋信號(hào)電流Isf作為輸入信號(hào)電壓Vsi 的函數(shù)而變化。電壓增益VG和反饋路徑FBP確定該函數(shù)。
射頻放大器RFAMP的輸入阻抗基本上等于輸入信號(hào)電壓Vsi的 變化除以反饋信號(hào)電流Isf的變化，后者是由輸入信號(hào)電壓Vsi的變化 導(dǎo)致的。電壓增益VG和反饋路徑FBP確定反饋信號(hào)電流Isf的變化。 因此，電壓增益VG和反饋路徑FBP確定射頻放大器RFAMP的輸入 阻抗。優(yōu)選地，可控的電壓增益VG依據(jù)射頻頻譜RF中的信號(hào)狀況 而變化。當(dāng)輸入信號(hào)相對(duì)較弱時(shí)電壓增益VG相對(duì)較高。相反，當(dāng)輸 入信號(hào)相對(duì)較強(qiáng)時(shí)電壓增益VG相對(duì)較低。增益和反饋控制接口 GFI 控制反饋路徑FBP，以使射頻放大器RFAMP的輸入阻抗基本上保持 等于所需值，而與電壓增益的變化無(wú)關(guān)。
例如，假設(shè)反饋路徑FBP是具有可控的值的反饋電阻。在這種情 況下，反饋信號(hào)電流Isf等于輸出信號(hào)電壓Vso與輸入信號(hào)電壓Vsi
之差除以反饋電阻的值。數(shù)學(xué)表達(dá)式為 M=(Vso-Vsi)/Rf
其中Rf表示反饋電阻。在本示例中，跨導(dǎo)納GM是反饋電阻Rf 的倒數(shù)GM=1/Rf。在本示例中，術(shù)語(yǔ)3包括-Vsi/Rf。
射頻放大器RFAMP的輸入阻抗等于輸入信號(hào)電壓Vsi除以反饋 信號(hào)電流Isf。因此，射頻放大器RFAMP的輸入阻抗等于反饋電阻 Rf除以電壓增益VG加一。數(shù)學(xué)表達(dá)式為
Zin=Rf/(VG+l)
在本示例中，增益和反饋控制接口 GFI可以控制反饋電阻Rf，以 使其值基本上與電壓增益VG成比例地變化。在這種情況下，射頻放 大器RFAMP的輸入阻抗將僅在電壓增益VG變化時(shí)才在相對(duì)較小的 程度上變化。換言之，輸入阻抗基本上是固定的。如果電壓增益VG 相對(duì)較高時(shí)，則情況尤其如此。
應(yīng)該注意的是，圖2是具體關(guān)于增益和反饋控制接口 GFI的概念
圖。例如，在圖1所示的接收機(jī)REC的控制器CTRL中可包括增益和 反饋控制接口GFI。在這樣的實(shí)施例中，增益和反饋控制接口 GFI可 以具有加載到構(gòu)成控制器CTRL的一部分的微處理器中的軟件的形 式。該軟件可以基于諸如所接收的射頻頻譜RF來(lái)計(jì)算電壓增益VG 的適當(dāng)值和跨導(dǎo)納GM的適當(dāng)值。該軟件還可使數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供施加 于信號(hào)電壓放大器SVA和反饋路徑FBP的相應(yīng)的控制信號(hào)。
圖3示出了包括有源組件的反饋路徑FBP的實(shí)現(xiàn)原理。反饋路徑 FBP包括可控的跨導(dǎo)納級(jí)CTA、電流鏡CMI以及去耦電容器Cd。可 控跨導(dǎo)納級(jí)CTA基本上限定了上文中結(jié)合圖2所述的跨導(dǎo)納GM。
具體而言，可控跨導(dǎo)納級(jí)CTA響應(yīng)于輸出信號(hào)電壓Vso和輸入 信號(hào)電壓Vsi而提供差分輸出電流Ido。差分輸出電流Ido等于輸出信 號(hào)電壓Vso與輸入信號(hào)電壓Vsi之差乘以可控跨導(dǎo)納級(jí)CTA的跨導(dǎo)納 GM?？煽乜鐚?dǎo)納級(jí)CTA以兩個(gè)輸出電流分量Iol、 102的形式提供差 分輸出電流Ido。電流鏡CMI提供輸出電流分量k)2的復(fù)制電流Io2'。 從反饋輸出節(jié)點(diǎn)FON處的另一輸出電流分量Iol中減去輸出電流分量 Io2的復(fù)制電流Io2'。該減法操作產(chǎn)生反饋信號(hào)電流Isf。反饋信號(hào)電 流Isf經(jīng)由去耦電容器Cd從反饋輸出節(jié)點(diǎn)FON流到信號(hào)輸入節(jié)點(diǎn)。
圖3所示的實(shí)現(xiàn)原理可以說(shuō)是對(duì)上文所述的具有可控值的反饋電 阻進(jìn)行仿真。這是因?yàn)橥瑯拥暮瘮?shù)確定反饋信號(hào)電流Isf與輸出信號(hào) 電壓Vso和輸入信號(hào)電壓Vsi之間的關(guān)系
<formula>formula see original document page 10</formula>
可控跨導(dǎo)納級(jí)CTA的跨導(dǎo)納GM是反饋電阻的倒數(shù)。上文所述 的術(shù)語(yǔ)3等于-Vsi GM.。下文中可控跨導(dǎo)納級(jí)CTA的跨導(dǎo)納GM指
的是反饋跨導(dǎo)納GM。
圖4A示出了射頻放大器RFAMP的低噪聲實(shí)現(xiàn)。圖4A具有示出 了信號(hào)電壓放大器SVA的上部和示出了反饋路徑FBP的下部。該低 噪聲實(shí)現(xiàn)還包括可被視為形成圖2所示的增益和反饋控制接口 GFI的 一部分的偏置控制電路BCC。
信號(hào)電壓放大器SVA包括四個(gè)晶體管T1-T4、兩個(gè)電阻R1、 R2 和偏置電流源IB1。晶體管T1、 T2是場(chǎng)效應(yīng)型的。該晶體管T1、 T2 通過(guò)組合而等效于單個(gè)雙柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管。晶體管T2具有用于接 收施加于射頻放大器RFAMP的增益控制信號(hào)GC的柵極。信號(hào)電壓 放大器SVA包括漏極節(jié)點(diǎn)DN。晶體管Tl、 T2連接在漏極節(jié)點(diǎn)DN 和信號(hào)地之間。電阻R2連接在漏極節(jié)點(diǎn)DN和電源電壓路徑之間。 晶體管T3為發(fā)射極跟隨器的配置。
反饋路徑FBP包括七個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管T5-T12、三個(gè)電阻R3、 R4、 R5和電容器Cl。晶體管T5、 T7構(gòu)成等效于單個(gè)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的組合。這同樣適用于晶體管T6、 T8。晶體管T5、 T6分別經(jīng)由電阻 R3、 R4在它們各自的柵極處接收偏置電壓Vbl。
圖4A所示的低噪聲實(shí)現(xiàn)如下工作。晶體管Tl、 T2的組合構(gòu)成 將輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為漏極信號(hào)電流的跨導(dǎo)納放大器。漏極信號(hào)電流 具有依據(jù)由晶體管T2的柵極接收的增益控制信號(hào)GC的振幅。電阻 R2將柵極信號(hào)電流轉(zhuǎn)換為漏極節(jié)點(diǎn)DN上存在的己放大的輸入信號(hào)電 壓。晶體管T3形成用于提供單位電壓增益的緩沖放大器。由此，漏 極節(jié)點(diǎn)DN具有依據(jù)流經(jīng)晶體管Tl、 T2和電阻R2的直流(DC)偏 置電流的DC偏置電壓Vdn。
偏置控制環(huán)路使漏極節(jié)點(diǎn)DN上存在的DC偏置電壓Vdn基本上 等于設(shè)定點(diǎn)電壓Vsp。偏置控制循環(huán)包括偏置控制電路BCC、晶體管 T4、電阻器R1、晶體管T1、 T2和電阻器R2。偏置控制電路BCC提 供偏置控制電壓Vc，該偏置控制電壓Vc作為漏極節(jié)點(diǎn)處的DC偏置 電壓Vdn與設(shè)定點(diǎn)電壓Vsp之差的函數(shù)而變化。施加于晶體管T4的 柵極的偏置控制電壓Vc確定流經(jīng)與晶體管Tl的柵極連接的電阻器 Rl的偏置控制電流Icl。因此，偏置控制電流Icl確定晶體管Tl的柵 極上存在的柵極偏置電壓。該柵極偏置電壓確定流經(jīng)晶體管Tl、 T2 和電阻器R2的DC偏置電流。
假設(shè)漏極節(jié)點(diǎn)DN處的DC偏置電壓相對(duì)于設(shè)定點(diǎn)電壓Vsp略微 增大。作為響應(yīng)，偏置控制電路調(diào)整偏置控制電壓Vc，以使由晶體管 T4提供的偏置控制電流Icl增加。結(jié)果，柵極偏置電壓將增加，并且 流經(jīng)晶體管T1、 T2和電阻器R2的DC偏置電流也將增加。這抵消了 漏極節(jié)點(diǎn)DN上存在的DC偏置電壓Vdn的增大。在穩(wěn)定狀態(tài)下，漏
極節(jié)點(diǎn)DN處的DC偏置電壓Vdn基本上等于設(shè)定點(diǎn)電壓Vsp。
圖4B示出了偏置控制電路BCC。偏置控制電路BCC包括低通濾 波器LPF、比較器CMP和積分器INT。低通濾波器LPF抑制漏極節(jié) 點(diǎn)DN上存在的高頻分量，以防止這些分量到達(dá)比較器CMP。比較器 CMP提供反映漏極節(jié)點(diǎn)DN處的DC偏置電壓Vdn與設(shè)定點(diǎn)電壓Vsp 之差的比較結(jié)果。積分器INT根據(jù)積分時(shí)間常數(shù)對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行積分。 DC控制環(huán)路具有依據(jù)該積分時(shí)間常數(shù)的動(dòng)態(tài)行為。比較結(jié)果可為電 流的形式，在這種情況下電容器可以構(gòu)成該積分器INT。
根據(jù)圖3所示原理來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋路徑FBP。晶體管T5、 T6、 T7和 T8形成對(duì)應(yīng)于圖3中可控跨導(dǎo)納級(jí)CTA的可控跨導(dǎo)納級(jí)。晶體管T9 和T10形成對(duì)應(yīng)于圖3中電流鏡CMI的電流鏡。電容器C1對(duì)應(yīng)于圖 3中的去耦電容器Cd。
晶體管T7和T8各自具有用于接收反饋控制電壓Vfb的柵極。對(duì) 應(yīng)于圖3中反饋跨導(dǎo)納GM的可控跨導(dǎo)納級(jí)的跨導(dǎo)納作為該反饋控制 電壓Vfb的函數(shù)而變化。反饋控制電壓Vfb作為流經(jīng)電阻器R5的復(fù) 制偏置控制電流Ic2的函數(shù)而變化。晶體管T12所提供的復(fù)制偏置控 制電流Ic2是由晶體管T4提供的流經(jīng)電阻器Rl的偏置控制電流Icl 的復(fù)制。
反饋跨導(dǎo)納GM作為增益控制信號(hào)GC的函數(shù)而變化。下面的機(jī) 構(gòu)對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。增益控制信號(hào)GC的變化導(dǎo)致流經(jīng)晶體管Tl、 T2 和電阻器R2的DC偏置電流Icl的變化，并因此導(dǎo)致漏極節(jié)點(diǎn)DN處 的DC偏置電壓Vdn的變化。上文已描述的DC控制環(huán)路將抵消該變 化，以得DC偏置電壓Vdn保持恒定。為此，DC控制環(huán)路將通過(guò)調(diào) 整流經(jīng)電阻器Rl的DC控制電流Icl，來(lái)調(diào)節(jié)施加于晶體管Tl的柵 極的柵極偏置電壓。晶體管T12將復(fù)制該調(diào)節(jié)。結(jié)果，增益控制信號(hào) GC的變化導(dǎo)致復(fù)制的偏置控制電流Ic2的變化，從而導(dǎo)致反饋控制電 壓Vfb變化。由于反饋跨導(dǎo)納GM作為反饋控制電壓Vfb的函數(shù)而變 化，所以反饋跨導(dǎo)納GM作為增益控制信號(hào)GC的函數(shù)而變化。后一 函數(shù)具有依據(jù)多種分量值(例如電阻器R1和R5各自的值)的特性。
圖5示出了射頻放大器RFAMP的低失真實(shí)現(xiàn)。圖5具有示出了信號(hào)電壓放大器SVA的上部和示出了反饋路徑FBP的下部。低噪聲 實(shí)現(xiàn)還包括可以被視為形成圖2所示的增益和反饋控制接口 GFI的一 部分的電流分離器控制電路SCT。
信號(hào)電壓放大器SVA包括兩個(gè)雙極型晶體管TIOI、 T102、三個(gè) 電阻器RIOI、 R102、 R103、電流分離器CSP1和偏置電流源IBll。 晶體管T101的基極經(jīng)由電阻R101接收偏置電壓。反饋路徑FBP包 括四個(gè)晶體管T103、 T104、 T105、 T106、四個(gè)電阻器R104、 R105、 R106、 R107、偏置電流源IB12、兩個(gè)電流分離器CSP2、 CSP3、電容 器CIOI。晶體管T103、 T104各自的基極分別經(jīng)由電阻器R106、 R107 接收偏置電壓Vbl2。
圖5所示的低失真實(shí)現(xiàn)如下工作。晶體管T101和電阻器R102形 成將輸入信號(hào)電壓Vsi轉(zhuǎn)換為集電極信號(hào)電流的跨導(dǎo)納放大器。電流 分離器CSP1根據(jù)電流分離因子將集電極信號(hào)電流分離為兩部分。電 流分離因子確定這兩部分的各自大小。集電極信號(hào)電流的一個(gè)部分經(jīng) 由短接電路流至電源電壓路徑VCC。從對(duì)電壓增益VG沒(méi)有貢獻(xiàn)的意 義上說(shuō)，該部分可以說(shuō)是損失了。集電極信號(hào)電流的另一部分流經(jīng)電 阻器R103。電阻器R103將對(duì)電壓增益有貢獻(xiàn)的這部分轉(zhuǎn)換為放大的 信號(hào)電壓。晶體管T102形成提供單位電壓增益的緩沖放大器。因此， 輸出信號(hào)電壓Vso基本上等于放大的輸入信號(hào)電壓。
電流分離器CSP1構(gòu)成用于確定電壓增益VG的信號(hào)電流衰減器。 上文所述的電流分離因子是衰減因子。電流分離器控制電路SCT基于 增益控制信號(hào)GC來(lái)控制衰減因子。當(dāng)衰減因子相對(duì)較小時(shí)，流經(jīng)電 阻R103的集電極信號(hào)電流部分相對(duì)較大。在這種情況下，電壓增益 VG相對(duì)較高。相反地，當(dāng)衰減因子相對(duì)較大時(shí)，流經(jīng)晶體管R103的 集電極信號(hào)電流部分相對(duì)較小。在這種情況下，電壓增益VG相對(duì)較 低。因此，電壓增益VG作為增益控制信號(hào)GC的函數(shù)而變化。電流 分離器控制電路SCT確定該函數(shù)。
根據(jù)圖3所示的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)反饋路徑FBP。晶體管T103、 T104、 電阻器R104、 R105和兩個(gè)電流分離器CSP2、 CSP3形成對(duì)應(yīng)于圖3 中可控跨導(dǎo)納級(jí)CTA的可控跨導(dǎo)納級(jí)。晶體管T105和T106形成對(duì)
應(yīng)于圖3中電流鏡CMI的電流鏡。電容器C101等效于圖3中的去耦 電容器Cd。
更詳細(xì)地，晶體管T103、 T104和電阻器R104、 R105構(gòu)成固定 跨導(dǎo)納級(jí)。該固定跨導(dǎo)納級(jí)將輸出信號(hào)電壓Vso與輸入信號(hào)電壓Vsi 之差轉(zhuǎn)換為固定的差分跨導(dǎo)納輸出電流。電流分離器CSP2和CSP3 以與電流分離器CSP1中對(duì)晶體管T101提供的集電極信號(hào)電流進(jìn)行衰 減的方式相同的方式，對(duì)該差分電流進(jìn)行衰減。因此，電流分離器CSP2 和CSP3提供對(duì)應(yīng)于圖3所示差分輸出電流Ido的衰減的固定跨導(dǎo)納 差分輸出電流。
電流分離器CSP2、CSP3具有由電流分離器控制電路SCT依據(jù)增 益控制信號(hào)GC而控制的衰減因子。電流分離器CSP2、 CSP3各自的 衰減因子基本上與電流分離器CSP1的衰減因子成反比例地變化。當(dāng) 電流分離器CSP1的衰減因子相對(duì)較高時(shí)，電流分離器CSP2、 CSP3 各自的衰減因子相對(duì)較低。在這種情況下，電壓增益VG相對(duì)較低而 反饋跨導(dǎo)納GM相對(duì)較高。相反地，當(dāng)電流分離器CSP1的衰減因子 相對(duì)較低時(shí)，電流分離器CSP2、 CSP3各自的衰減因子相對(duì)較高。在 這種情況下，電壓增益VG相對(duì)較高而反饋跨導(dǎo)納GM相對(duì)較低。因 此，可以獲得射頻放大器RFAMP的信號(hào)輸入節(jié)點(diǎn)處的基本上固定的 輸入阻抗。
上文的詳細(xì)描述參照附圖示出了權(quán)利要求1中所述的以下特征。 接收機(jī)具有包括信號(hào)電壓放大器(SVA)和反饋路徑(FBP)的輸入 放大器(RFAMP)。信號(hào)電壓放大器(SVA)提供從輸入節(jié)點(diǎn)(SIN) 到輸出節(jié)點(diǎn)(SON)的電壓增益(VG)。電壓增益(VG)是可控的。 反饋路徑(FBP)提供從輸出節(jié)點(diǎn)(SON)到輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)的跨導(dǎo) 納(GM)?？鐚?dǎo)納(GM)是可控的。
上文的詳細(xì)描述還示出了權(quán)利要求2中所述的以下可選特征。接 收機(jī)(REC)包括對(duì)電壓增益(VG)和反饋路徑(FBP)的跨導(dǎo)納(GM) 進(jìn)行控制的增益和反饋控制接口 (GFI)，以使電壓增益(VG)和跨 導(dǎo)納(GM)基本上成反比例。這以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式允許輸入放大器 具有基本上固定的輸入阻抗。
上文的詳細(xì)描述還示出了權(quán)利要求3中所述的以下可選特征。反 饋路徑(FBP)包括將輸出節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)電壓(Vso)轉(zhuǎn)換為流向輸入 節(jié)點(diǎn)(SIN)的反饋電流的反饋晶體管級(jí)(T5、 T6、 T7、 T8; T103、 T104、 CSP2、 CSP3)。這些特征允許獲得成本有效的實(shí)現(xiàn)方式。
上文的詳細(xì)描述還示出了權(quán)利要求4中所述的以下可選特征。反 饋晶體管極(T5、 T6、 T7、 T8; T103、 T104、 CSP2、 CSP3)包括差 分晶體管對(duì)(T5、 T6、 T7、 T8; T103、 T104)，該差分晶體管對(duì)具有 用于接收輸出節(jié)點(diǎn)(SON)處的信號(hào)電壓(Vso)的輸入和用于接收 輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)處的信號(hào)電壓(Vsi)的反向輸入。這些特征允許似 乎輸出節(jié)點(diǎn)和輸入節(jié)點(diǎn)間連接有反饋電阻時(shí)的行為。
上文的詳細(xì)描述還示出了權(quán)利要求5中所述的以下可選特征。信 號(hào)電壓放大器(SVA)包括響應(yīng)于在輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)上存在的信號(hào) 電壓(Vsi)而提供信號(hào)電流的輸入晶體管級(jí)(Tl， T2; TlOl， R102)。 阻抗(R2; R103)響應(yīng)于輸入晶體管極(Ti， T2; TlOl， T102)所 提供的信號(hào)電流而提供放大的信號(hào)電壓。這些特征允許低噪聲實(shí)現(xiàn)。
上文的詳細(xì)描述還示出了權(quán)利要求6中所述的以下可選特征。輸 入晶體管極包括雙柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管配置(Tl， T2)，該雙柵極場(chǎng)效 應(yīng)晶體管配置具有連接成接收在輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)處存在的信號(hào)電壓 (Vsi)的柵極、以及連接成接收增益控制電壓(GC)的另一柵極。 圖4A示出了上述特征，該特征允許低噪聲實(shí)現(xiàn)。
上文的詳細(xì)描述還示出了權(quán)利要求7中所述的以下可選特征。輸 入晶體管極包括在可控信號(hào)電流衰減器(CSP1)之前的固定跨導(dǎo)納級(jí) (TIOI， R102)。圖5示出了上述特征，該特征允許低失真實(shí)現(xiàn)。
可以采用諸多不同的方式實(shí)現(xiàn)上述特征。為了對(duì)此進(jìn)行演示，簡(jiǎn) 要地示出了一些備選方式。
可控阻抗可以形成反饋路徑。例如，具有與輸出節(jié)點(diǎn)連接的漏極 和與輸入節(jié)點(diǎn)連接的電源的場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以構(gòu)成可控阻抗，反之亦 然。在這樣的變體中，施加到柵極的控制電壓一般確定反饋?zhàn)杩沟闹怠?盡管差分晶體管對(duì)是優(yōu)選的，但是反饋路徑可包括單端晶體管級(jí)。參 照?qǐng)D4A，可以類似的方式修改反饋路徑FPB:晶體管T103的基極不
接收輸入電壓Vsi，而是與信號(hào)地連接。存在諸多其它可能的變體。
信號(hào)電壓放大器可包括一個(gè)或多個(gè)差分對(duì)。信號(hào)電壓放大器可包
括數(shù)個(gè)緩沖放大器或其它附加級(jí)。圖4A和5的實(shí)現(xiàn)方式僅示出了示 例。信號(hào)電壓放大器可包括可以進(jìn)行電壓增益控制的可控阻抗。例如， 參照?qǐng)D4A，可如下地修改信號(hào)電壓放大器SVA。將晶體管T2替換為 短接電路。將電阻器R2替換為可控電阻，例如以場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形 式，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電壓確定該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極與漏極之 間的溝道電阻。參照?qǐng)D5，可以類似的方式修改信號(hào)電壓放大器SVA。 可將電流分離器CSP1和電阻R103可以替換為可控電阻。存在諸多其 它可能的變體。
反饋路徑可以從用于接收數(shù)字控制字的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中接收對(duì)輸 出節(jié)點(diǎn)與輸入節(jié)點(diǎn)之間的跨導(dǎo)納進(jìn)行限定的控制信號(hào)。同樣地，信號(hào) 電壓放大器可從用于接收數(shù)字信號(hào)字的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中接收對(duì)電壓增益 進(jìn)行限定的控制信號(hào)。適當(dāng)編程的微處理器可以計(jì)算上述各個(gè)控制字， 以達(dá)到電壓增益與輸出節(jié)點(diǎn)和輸入節(jié)點(diǎn)間的跨導(dǎo)納之間的適當(dāng)關(guān)系。 備選地，適當(dāng)設(shè)計(jì)的電路可以限定電壓增益和跨導(dǎo)納之間的適當(dāng)關(guān)系。 這樣的電路可為模擬、數(shù)字或者模數(shù)混合電路。所述適當(dāng)關(guān)系不一定 產(chǎn)生基本上固定的輸入阻抗。在特定應(yīng)用中，可能希望輸入阻抗根據(jù) 預(yù)定的函數(shù)而作為電壓增益的函數(shù)來(lái)變化。適當(dāng)設(shè)計(jì)的控制電路或控 制接口可提供該功能。
存在通過(guò)硬件或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的多種方式。在這方面，附圖是 非常概略的，每副圖僅表示本發(fā)明的一個(gè)可能實(shí)施例。因此，盡管附 圖將不同功能作為不同的塊來(lái)示出，但是這決不是排除單個(gè)硬件或軟 件執(zhí)行多個(gè)功能，也不是排除通過(guò)硬件或軟件或二者皆有的組合執(zhí)行 功能。
上文所作的評(píng)論說(shuō)明參照附圖的詳細(xì)說(shuō)明是示出而非限制本發(fā) 明。存在落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的諸多備選方式。權(quán)利要求中的 任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求。術(shù)語(yǔ)"包括"不排除除了 權(quán)利要求中所列出的元件或步驟之外的其它元件或步驟。在元件或步 驟之前的冠詞"a"或"an"不排除多個(gè)這種的元件或步驟的存在。
權(quán)利要求
1、一種具有輸入放大器(RFAMP)的接收機(jī)(REC)，所述輸入放大器包括信號(hào)電壓放大器(SVA)，用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)到輸出節(jié)點(diǎn)(SON)的電壓增益(VG)，所述電壓增益(VG)是可控的；以及反饋路徑(FBP)，用于提供從輸出節(jié)點(diǎn)(SON)到輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)的跨導(dǎo)納(GM)，所述跨導(dǎo)納(GM)是可控的。
2、 如權(quán)利要求l所述的接收機(jī)，所述接收機(jī)(REC)包括增 益和反饋控制接口(GFI)，用于控制電壓增益(VG)和反饋路徑(FBP) 的跨導(dǎo)納(GM)，以使所述電壓增益(VG)與所述跨導(dǎo)納(GM)基 本上成反比例。
3、 如權(quán)利要求1所述的接收機(jī)，所述反饋路徑(FBP)包括 反饋晶體管級(jí)(T5， T6， T7， T8; T103， T104， CSP2， CSP3)，用 于將輸出節(jié)點(diǎn)(SON)處的信號(hào)電壓(Vso)轉(zhuǎn)換為流至輸入節(jié)點(diǎn)(SIN) 的反饋電流(Isf)。
4、 如權(quán)利要求3所述的接收機(jī)，所述反饋晶體管級(jí)(T5， T6， T7， T8; T103, T104， CSP2， CSP3)包括具有輸入和反向輸入的差 分晶體管對(duì)(T5， T6， T7， T8; T103, T104)，所述輸入用于接收輸 出節(jié)點(diǎn)(SON)處的信號(hào)電壓(Vso)，所述反向輸入用于接收輸入節(jié) 點(diǎn)(SIN)處的信號(hào)電壓(Vsi)。
5、 如權(quán)利要求1所述的接收機(jī)，所述信號(hào)電壓放大器(SVA) 包括輸入晶體管級(jí)(T1， T2; TlOl， R102),用于響應(yīng)于輸入節(jié)點(diǎn)(SIN) 上存在的信號(hào)電壓(Vsi)而提供信號(hào)電流；阻抗(R2; R103)，用于響應(yīng)于由輸入晶體管級(jí)(Tl， T2; TlOl， R102)提供的信號(hào)電流而提供放大的信號(hào)電壓。
6、 如權(quán)利要求5所述的接收機(jī)，所述輸入晶體管級(jí)(Tl， T2; TlOl， R102)包括雙柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管配置(Tl， T2)，具有連接 成接收輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)上存在的信號(hào)電壓(Vsi)的柵極、以及連接 成接收增益控制電壓(GC)的另一柵極。
7、 如權(quán)利要求5所述的接收機(jī)，所述輸入晶體管極(T1, T2; T101， R102)包括在可控信號(hào)電流衰減器(CSP1)之前的固定導(dǎo)納 級(jí)(T101， R102)。
8、 如權(quán)利要求2所述的接收機(jī)，所述增益和反饋控制接口 (GFI) 包括偏置控制環(huán)路(BCC， T4， Rl， Tl， T2， R2)，用于將偏置控 制電流(Icl)施加至信號(hào)電壓放大器(SVA)，并用于將所述偏置控 制電流的復(fù)制電流(Ic2)施加至反饋路徑(FBP)，所述偏置控制電 流(Icl)依據(jù)所述電壓增益(VG)，所述反饋路徑(FBP)的跨導(dǎo)納(GM)依據(jù)所述偏置控制電流的復(fù)制電流(Ic2)。
9、 一種增益可控放大器(RFAMP)，包括 信號(hào)電壓放大器(SVA)，用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)到輸出節(jié)點(diǎn)(SON)的電壓增益(VG)，所述電壓增益(VG)是可控的；以及 反饋路徑(FBP)，用于提供從輸出節(jié)點(diǎn)(SON)到輸入節(jié)點(diǎn)(SIN) 的跨導(dǎo)納(GM)，所述跨導(dǎo)納(GM)是可控的。
10、 一種信息呈現(xiàn)系統(tǒng)(VDS)，包括如權(quán)利要求1所述的用于 從接收的信號(hào)(RF)中獲取信息(VID)的接收機(jī)、以及用于呈現(xiàn)由 所述接收機(jī)(REC)獲取的信息(VID)的呈現(xiàn)設(shè)備(DPL)。
11、 一種針對(duì)具有輸入放大器(RFAMP)的接收機(jī)(REC)的 計(jì)算機(jī)程序，所述輸入放大器包括信號(hào)電壓放大器(SVA)，用于提供從輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)到輸出節(jié) 點(diǎn)(SON)的電壓增益(VG)，所述電壓增益(VG)是可控的；以及反饋路徑(FBP)，用于提供從輸出節(jié)點(diǎn)(SON)到輸入節(jié)點(diǎn)(SIN) 的跨導(dǎo)納(GM)，所述跨導(dǎo)納(GM)是可控的，所述計(jì)算機(jī)程序包括指令集，當(dāng)將所述指令集加載到接收機(jī)中 時(shí)，所述指令集使所述接收機(jī)控制所述電壓增益(VG)和所述反饋路 徑(FBP)的跨導(dǎo)納(GM)，以使所述電壓增益(VG)和所述跨導(dǎo)納 (GM)基本上成反比例。
全文摘要
接收機(jī)具有包括信號(hào)電壓放大器(SVA)和反饋路徑(FBP)的輸入放大器(RFAMP)。信號(hào)電壓放大器(SVA)提供從輸入節(jié)點(diǎn)(SESf)到輸出節(jié)點(diǎn)(SON)的電壓增益(VG)。該電壓增益(VG)是可控的。反饋路徑(FBP)提供從輸出節(jié)點(diǎn)(SON)到輸入節(jié)點(diǎn)(SIN)的跨導(dǎo)納(GM)。該跨導(dǎo)納(GM)是可控的。
文檔編號(hào)H03G3/00GK101171745SQ200680015574
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
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