專利名稱：If放大器/限幅器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及IF放大器/限幅器。
典型的多級(jí)IF放大器/限幅器使用反饋環(huán)路去穩(wěn)定電路防止DC電源的影響。它對(duì)小輸入信號(hào)提供大的增益，并控制限制更大的輸入信號(hào)。這樣的IF放大器/限幅器用在FM無(wú)線電，模擬蜂窩電話和無(wú)繩電話方面。一般已知的典型IF放大器/限幅器來(lái)自歐洲專利申請(qǐng)EP0517305A1。
本發(fā)明提供的一種IF放大器/限幅電路在每級(jí)中使用局部正反饋。以便對(duì)較大信號(hào)保持限制的增益時(shí)對(duì)小信號(hào)提供額外的增益。
按照本發(fā)明，通過(guò)附加第二晶體管差分對(duì)到電路將局部正反饋引入第一差分放大對(duì)。第二差分對(duì)此交叉結(jié)構(gòu)耦合到第一差分對(duì)的輸出。附加到電路的附加電阻是用于調(diào)整引入到第一差分對(duì)的增益單元的正反饋量，以及調(diào)整附加小信號(hào)增益的線性范圍。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種IF放大器/限幅器，它在對(duì)較大信號(hào)保持限制的增益時(shí)對(duì)小信號(hào)提供一個(gè)增加的增益。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種IF放大器/限幅器，它在每級(jí)中使用局部正反饋，特別用于改善靈敏度。
本發(fā)明再一目的在于提供一種IF放大器/限幅器，在偏置電流不足條件下對(duì)接收機(jī)而言具有更高的總靈敏度。
本發(fā)明再一目的在于提供一種IF放大器/限幅器，它要求明顯減少的功率總量但提供相同的信號(hào)響應(yīng)。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種IF放大器/限幅器，它操作可靠且有效。
本發(fā)明的其他目的和特征根據(jù)下面結(jié)合披露本發(fā)明若干實(shí)施例的附圖所作的詳細(xì)說(shuō)明將是顯而易見(jiàn)的。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅僅為了說(shuō)明而并不作為本發(fā)明的限制。
在附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的元件。


圖1a是現(xiàn)有技術(shù)的一種典型IF電路；圖1b是圖1a的現(xiàn)有技術(shù)的單級(jí)電路；圖2是按本發(fā)明的一種具有局部正反饋的IF放大器/限幅器的第一實(shí)施例；圖3是按本發(fā)明的一種具有局部正反饋的IF放大器/限幅器的第二實(shí)施例；圖4是按本發(fā)明的一種具有局部正反饋的通用IF放大器/限幅器構(gòu)造單元；圖5a是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)的IF放大級(jí)，具有分配到電路元件的值，用于模擬試驗(yàn)；圖5b是圖2第一實(shí)施例的改型，具有分配到電路元件的數(shù)值，用于模擬試驗(yàn)；圖5c是第二實(shí)施例或圖3的一個(gè)例子，具有分配到電路元件的數(shù)值，用于模擬試驗(yàn)；圖5b和5e是在對(duì)電路5a-5c模擬期間使用的輸入源電路；圖6是圖5電路的DC轉(zhuǎn)換功能的曲線(Vout對(duì)Vin的關(guān)系，斜率是電路的增益)；圖7是圖5電路的DC轉(zhuǎn)換功能的曲線，在X軸上具有更小的刻度；圖8a是圖5c中所示電路的修改實(shí)施例，具有分配到電路元件的不同指定值，用于模擬試驗(yàn)；圖8b和8c是在對(duì)圖8a電路模擬期間使用的輸入源電路；圖9是圖8a電路的DC轉(zhuǎn)換功能的曲線；圖10a是按本發(fā)明的一種具有局部正反饋的IF放大器/限幅器的第三實(shí)施例，具有分配到電路元件的指定值，用于模擬分析。
圖10b和10c是在對(duì)圖10a電路模擬期間使用的輸入源電路；圖11是圖10a電路的DC轉(zhuǎn)換功能的曲線圖。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到對(duì)附圖的詳細(xì)描述。圖1a表示用于現(xiàn)有技術(shù)的IF限幅放大器的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施電路。電路的反饋環(huán)路對(duì)電路起穩(wěn)定作用，并對(duì)小全入信號(hào)允許大的增益而控制限制更大的輸入信號(hào)。由于這個(gè)低頻反饋環(huán)路，所有電路的結(jié)點(diǎn)被偏置在(VCC-0.5ItaiLRc)。在甚高頻率，DC環(huán)路開路，而所有差分放大器級(jí)的總增益將倍增。在這種模式下，每級(jí)的增益被近似表示成Ad=ITAILRC2V1----(1)]]>這里，V1=KTq]]>如果信號(hào)產(chǎn)生，則當(dāng)所有其尾電流(tail current)轉(zhuǎn)向一側(cè)時(shí)，最后級(jí)放大器首先進(jìn)行限制，由此使得在其輸出端的最大差分漲落等于(RCItail)。圖1b表示在圖1a中所示現(xiàn)有技術(shù)限幅放大器的一個(gè)單級(jí)。每級(jí)包括第一晶體管Q1和Q2差分對(duì)。Q1的發(fā)射極連接到Q2的發(fā)射極，然后兩者連接到一個(gè)電流源Itail。Q1的集電極通過(guò)電阻RC1連接到電壓源(VCC)。Q2的集電極通過(guò)電阻RC2連接到電壓源(VCC)。晶體管Q1和Q2的每個(gè)基極接收輸入信號(hào)的正的或負(fù)的部分。
圖2表示按本發(fā)明的新的限幅IF放大器電路。新電路使用局部正反饋，該正反饋包括第二晶體管Q3和Q4差分對(duì)以及分別連接到Q3和Q4發(fā)射極輸出端的電阻RE1和RE2。如所示那樣，Q3和Q4具有交叉連接以實(shí)現(xiàn)局部正反饋的集電極。Q3的基極和Q4的集電極連接到Q1的集電極。Q4的基極和Q3的集電極連接到Q2的集電極。電阻RE1一端連接到Q3的發(fā)射極輸出端，而另一端連接到電流源It2。電阻RE2一端連接到Q4的發(fā)射極輸出端，而另一端連接到電阻RE1和電流源It2。
引入正反饋到現(xiàn)有技術(shù)的IF放大器/限幅器之中比標(biāo)準(zhǔn)差分對(duì)明顯增加了小信號(hào)增益卻不要求增加任何電流消耗。小信號(hào)增益定義為Ad=VOUTVIN]]>局部正反饋使得較少級(jí)數(shù)圖2電路的實(shí)施就能超過(guò)圖1b電路達(dá)到相同的總電路增益。所需級(jí)數(shù)減少，但卻得到要求的信號(hào)，從而顯著地減少了全電路的電流(功率)消耗。在某些場(chǎng)合，功率消耗下降可高達(dá)50％。
引入第一差分對(duì)的增益單元的局部反饋的量由電阻RC1和RC2控制。
圖3表示具有局部正反饋的IF放大器/限幅器的第二實(shí)施例。它使用分別連接晶體管Q3和Q4基極的RP1和RP2作為控制引入該第一差分對(duì)的增益單元的局部反饋量的另一種方法。在該結(jié)構(gòu)中，電阻RC1和RP1彼此串聯(lián)，RP1的另一端連接到Q1的集電極，而RC1的另一端連接到VCC。電阻RC2和RP2彼此串聯(lián)，RP2的另一端連接到Q2集電極，而RC2的另一端連接到VCC。晶體管Q3和Q4按圖2中所描述的同樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。
電阻RP1和RP2用于調(diào)整引入第一差分對(duì)的正反饋量。調(diào)整電阻RP1和RP2的數(shù)值比可使增益增加，甚至能改變其極性。這樣，具備了這種電路就可能在理論上得到一個(gè)無(wú)限的小信號(hào)增益用于一個(gè)很小的信號(hào)范圍。
為進(jìn)一步增加小信號(hào)線性范圍，可以對(duì)Q1和Q2的集電極外加附加電阻(參見(jiàn)圖4)，以便使輸入到正反饋電路的信號(hào)更小。圖4的電路表示一種通用的具有局部正反饋的IF放大器/限幅器構(gòu)造單元。如所示那樣，電阻RE1，RE2，RP1和RP2和圖2和3中所描述的一樣。附加電阻RG1和RG2已附加到該電路。電阻RG1的一端連接Q1的集電極，而另一端連接到電阻RP1和Q3的基板。電阻RG2一端連接到Q2的集電極；而另一端連接到電阻RP3和Q4的基極。
在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)電阻RC1，RC2，RP1和RP2的值調(diào)整引入第一差分對(duì)的增益單元的正反饋總量時(shí)，能使用電阻RG1，RG2，RE1和RE2的值去調(diào)整該額外的小信號(hào)增益的線性的范圍，以獲得小信號(hào)增益。為了在電流耗損相同時(shí)具有如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)限幅器(圖1b)同樣大的信號(hào)增益(限定)，應(yīng)提供下列條件It1+It2＝Itail(2)It1(RC1+RP1+RG1)+It2＝ItailRL(3)用SPICETM電路模擬軟件產(chǎn)生圖5a-5e的電路，以表示本發(fā)明的IF放大器/限幅器同現(xiàn)有技術(shù)的IF放大器/限幅器相比的性能。
圖5a是現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)的IF限幅放大器，圖5b是在圖2中所示的本發(fā)明的第一實(shí)施例的修改電路，而圖5c是本發(fā)明第二實(shí)施例的修改電路。圖5b表示引入該電路的第二差分對(duì)的晶體管Q14和Q15的不同的結(jié)構(gòu)。Q14的基極同Q15的集電極連接，而Q6的集電極和Q15的基極同Q14的集電極和Q7的集電極連接。
圖5d和5e表示模擬期間用于圖5a-5c電路的輸入源。為模擬分析，已對(duì)各電路元件分配了指定數(shù)值以便提供操作例。
圖6和圖7表示在圖5a-5c中所示電路的DC轉(zhuǎn)換功能的曲線圖示。圖6表示用于更大范圍信號(hào)的DC轉(zhuǎn)換功能。如圖所示，圖5a的現(xiàn)有技術(shù)電路的DC轉(zhuǎn)換功能由VC(Q2)-VC(Q3)表示，并用空心方塊圖標(biāo)表示。圖5b的電路的DC轉(zhuǎn)換功能由VC(Q6)-VC(Q7)表示，并用實(shí)心方塊圖標(biāo)表示。圖5c的電路的DC轉(zhuǎn)換功能由VC(Q12)-VC(Q13)表示，并用空心菱形圖標(biāo)表示。應(yīng)當(dāng)指出，所有三個(gè)電路具有相同的總限定增益以及恰好相同的電流耗損，但是圖5b電路具有更多的小信號(hào)增益，而圖5c電路具有最大的小信號(hào)增益。圖7表示在-50mv到+50mv的X軸上的具有較小范圍的DC轉(zhuǎn)換功能。圖5b電路的DC轉(zhuǎn)換功能表示發(fā)射極退化對(duì)信號(hào)增益的影響，而圖5c電路的DC轉(zhuǎn)換功能表示在0mv交點(diǎn)上有一個(gè)基本上垂直的斜率，它表示一個(gè)幾乎無(wú)限的小信號(hào)增益。
圖8a表示圖5c電路的另一例子，對(duì)各電氣元件分配不同的數(shù)值。圖8b和8c表示用于圖8a電路的輸入信號(hào)，以便模擬分析。
圖9表示圖8a電路的DC轉(zhuǎn)換功能的曲線圖示。該DC轉(zhuǎn)換功能由VC(Q1)-VC(Q2)表示。該模擬試驗(yàn)表示通過(guò)改變?cè)趫D8a電路中的電阻R1-R4的值，有可能將正反饋增加到這種程度，使得DC轉(zhuǎn)換的極性發(fā)生改變。
圖10a表示圖5c電路一種改型例。具體地說(shuō)，附加的電阻R26和R30分別連接到晶體管Q23和Q2的發(fā)射極。圖10b和10c表示用于模擬的輸入信號(hào)。圖11是表示圖10a的DC轉(zhuǎn)換功能的曲線。在0mv范圍處非常陡峭的曲線斜率表示對(duì)小輸入信號(hào)很高的增益。
當(dāng)已表示并描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例的同時(shí)應(yīng)當(dāng)理解可以做很多的改變和修改而不脫離由附加的權(quán)利要求所確定的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種IF放大器/限幅器，包括一第一差分放大器對(duì)，用于接收輸入信號(hào)并在其輸出端產(chǎn)生具有增益的輸出信號(hào)；電阻器裝置，連接到所說(shuō)第一差分放大器對(duì)，用于控制輸出信號(hào)的增益的大小；以及反饋裝置，具有連接到所說(shuō)第一差分放大器輸出端，用于引入局部正反饋到所說(shuō)第一差分放大器對(duì)的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的IF放大器/限幅器，其中所說(shuō)第一差分對(duì)包括一第一晶體管，其基極接收輸入信號(hào)，其發(fā)射極連接到第一電流源；以及一第二晶體管，其基極接收輸入信號(hào)，其發(fā)射極連接到所說(shuō)第一晶體管的發(fā)射極和第一電流源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的IF放大器/限幅器，其中所說(shuō)電阻器裝置包括一第一電阻器，其一端連接到所說(shuō)第一晶體管的集電極，另一端連接到電壓源(VCC)；以及一第二電阻器，其一端連接到所說(shuō)第二晶體管的集電極，另一端連接到該電壓源(VCC)，所說(shuō)第一和第二電阻器控制引入所說(shuō)第一差分對(duì)的局部正反饋的量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的放大器/限幅器，其中所說(shuō)反饋裝置包括一第三晶體管，其基極連接到所說(shuō)第一晶體管的集電極，其集電極同所說(shuō)第二晶體管的集電極連接，以及其發(fā)射極同第二電流源連接；一第四晶體管，其基極連接到所說(shuō)第二晶體管的集電極，其集電極同所說(shuō)第一晶體管的集電極連接，以及其發(fā)射極同所說(shuō)第三晶體管的發(fā)射極和第二電流源連接，所說(shuō)第三和第四晶體管確定第二差分對(duì)；以及調(diào)整裝置，用于控制引入第一差分對(duì)的局部正反饋量，并進(jìn)一步調(diào)整輸出信號(hào)增益的線性范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的放大器/限幅器，其中所說(shuō)調(diào)整裝置包括一第三電阻器，其一端連接到所說(shuō)第三晶體管的發(fā)射極，另一端連接到第二電流源；以及一第四電阻器，其一端連接到所說(shuō)第四晶體管的發(fā)射極，另一端連接到第二電流源，所說(shuō)第三和第四電阻器用于調(diào)整輸出信號(hào)增益的線性范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的放大器/限幅器，其中所說(shuō)調(diào)整裝置包括一第三電阻器，其一端連接到所說(shuō)第三晶體管的基極和所說(shuō)第一晶體管的集電極，另一端連接到所說(shuō)第一電阻器；以及一第四電阻器，其一端連接到所說(shuō)第四晶體管的基極和所說(shuō)第二晶體管的集電極，另一端連接到所說(shuō)第二電阻器，所說(shuō)第三和第四電阻器用于控制引入所說(shuō)第一差分對(duì)的局部正反饋量。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的放大器/限幅器，其中所說(shuō)調(diào)整裝置包括一第三電阻器，其一端連接到所說(shuō)第三晶體管的發(fā)射器，另一端連接到第二電流源；一第四電阻器，其一端連接到所說(shuō)第四晶體管的發(fā)射極，另一端連接到第二電流源，所說(shuō)第三和第四電阻器調(diào)整輸出信號(hào)增益的線性范圍；一第五電阻器，其一端連接到所說(shuō)第三晶體管的基板，另一端連接到所說(shuō)第一電阻器；一第六電阻器，其一端連接到所說(shuō)第四晶體管的基板，另一端連接到所說(shuō)第二電阻器，所說(shuō)第五和第六電阻器控制引入到所說(shuō)第一差分對(duì)的局部正反饋量；一第七電阻器，其一端連接到所說(shuō)第一晶體管的集電極，另一端連接到所說(shuō)第五電阻器和所說(shuō)第三晶體管的基極；以及一第八電阻器，其一端連接到所說(shuō)第二晶體管的集電極，另一端連接到所說(shuō)第六電阻器和所說(shuō)第四晶體管的基極，所說(shuō)第七和第八電阻器調(diào)整輸出信號(hào)增益的線性范圍。
8.一種增加IF放大器/限幅器靈敏度并降低操作該電路所需功率量的方法，該IF放大器/限幅器具有第一晶體管差分對(duì)，該方法包括引入局部正反饋到該差分對(duì)的輸出；以及調(diào)整引入到該差分對(duì)的輸出的正的局部反饋量，以便得到所要求的輸出信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所說(shuō)引入正的局部反饋的步驟是通過(guò)將一第二晶體管差分對(duì)附加到該IF放大器/限幅器電路的輸出來(lái)完成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所說(shuō)調(diào)整引入到第一差分對(duì)的正的局部反饋量的步驟是通過(guò)有選擇地將電阻器附加到該第一和第二差分對(duì)組合裝置來(lái)完成的。
全文摘要
一個(gè)IF限幅放大器在其每個(gè)放大級(jí)中使用局部正反饋，以便在保持限制增益時(shí)提供額外的小信號(hào)增益。該額外的小信號(hào)增益導(dǎo)至接收機(jī)在偏置電流不足情況下有較高的總靈敏度。實(shí)現(xiàn)相同信號(hào)響應(yīng)而所需級(jí)數(shù)減少?gòu)亩鴮?dǎo)至電路功耗的明顯的下降。
文檔編號(hào)H03G7/00GK1158191SQ96190731
公開日1997年8月27日 申請(qǐng)日期1996年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月30日
發(fā)明者C·J·珀西科, N·S·N·納維, A·F·A·富圖瓦-阿哈邁迪 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司