调压器、低噪声模块和卫星接收系统的制作方法

专利名称：调压器、低噪声模块和卫星接收系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种调压器(voltage regulator)，具体涉及但不仅仅涉及一种 适用于包含一个以上低噪声放大器的LNB的调压器。
背景技术：
低噪声模块(或LNB)是一种为人们所熟知的器件，由于其适于将整个频带或频率 块变换至较低的频段，因而也被称为下变频器(down converter)。通常将LNB并入卫星信 号接收装置或碟形电线，并将其安置在臂的末端，使其对准抛物反射碟形电线，如此以来， 抛物反射碟形电线就可以将从天线接收到的信号聚焦到LNB的馈电喇叭形辐射体(feed horn)上。LNB将接收到的信号变换至较低的频段，然后再利用连接电缆(通常是同轴电 缆)将低频信号发送至卫星接收机。 卫星LNB通常所用的放大器和控制器的工作电压为5V或更低，然而馈入各个单元 的电压却在10. 5V至21V之间。因此，需要使用内部调压器。这些调压器可以是线性的。 线性调压器通常要耗散掉一半以上的馈入LNB的能量。这样做是十分浪费的，并 且会使组件产生很高的温度，并造成对PCB/LNB外壳结构的限制。基于电感的开关式调压 解决了耗散问题，但却引入了严重的噪声问题，而克服噪声问题所需的费用是十分高昂的。 一种流行的能够部分解决这种噪声问题的方案是，在基于电感的开关转换器前进行预调整 (线性)，然而，为了解决剩余噪声的问题，将开关噪声降低到一个可接受的水平，仍需使用 体积庞大而且造价昂贵的滤波/平滑组件。(为了保持良好的输出调压，标准线性调压器直 接将输出负载电流噪声传至其电源输入)。

实用新型内容因此，本实用新型实施例的目的在于，提供能够克服或缓解现有技术中存在的至 少一种问题的调压器。因为在产生所需调压输出时浪费了来自机顶盒的电能供应中被明显 降低的那部分，本实用新型的具体实施例的目的在于提供用于LNB的调压器，它提供较高 的效率。本实用新型的某些实施例的目的还在于提供改进的LNB和改进的卫星信号接收系 统。 依照本实用新型的第一种方面，提供了一种调压器，其特征在于包括输入端，连 接到以某一供电电压供电的电源；输出端，连接负载，以经过调整的电压向负载供电；第 一电容器，包括相应的第一和第二电极；第二电容器，包括相应的第一和第二电极；调整装 置，从输入端向所述各个电容器提供相应经过调整的充电电流；开关装置，选择性地连接第 一电容器的第一电极以接收所述相应经过调整的充电电流或连接到输出端，选择性地将第 一电容器的第二电极连接至输出端或地，选择性地连接第二电容器的第一电极以接收所述 相应经过调整的充电电流或连接到输出端，以及选择性地将第二电容器的第二电极连接至 输出端或地；以及开关控制装置，用于控制所述开关装置在第一配置和第二配置间交替，在 第一配置中，第一电容器的第一电极被连接成接收所述相应经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二电极和第二电容器的第一电极的每一个都被连接至输出端，而第二电容器
的第二电极接地；在第二配置中，第二电容器的第一电极被连接成接收所述相应经过调整
的充电电流，并且第二电容器的第二电极和第一电容器的第一电极的每一个都被连接至输
出端，而第一 电容器的第二电极接地，其中调整装置包括至少一个器件，通过该至少一个器
件将相应充电电流的至少一部分提供给至少一个电容器，并且所述至少一个器件可以被控
制信号控制，以对流经该器件的电流加以调整，该调整装置还包括连接至输出端的控制信
号提供装置，它被布置成向所述至少一个器件提供所述控制信号，所述控制信号取决于输
出端的电压，以便可以根据输出端的电压来调整流经所述至少一个器件的电流。 在某些实施例中，控制信号提供装置包括低通滤波器。 在某些实施例中，控制信号提供装置包括连接在输出端和地之间的分压器；运 算放大器，反相输入通过低通滤波器连接至分压器的输出；以及参考电压源，连接在运算放 大器的非反相输入和地之间。 在某些实施例中，控制信号是运算放大器输出端提供的控制电压。 调压器还可以包括连接在输入端和地之间的输入电容器以及连接在输出端和地
之间的输出电容器。还可以包括连接在调整装置的输出和地之间的调压电容器。在某些实施例中，可控器件(可控电流源)是FET，且所述控制信号是提供给FET
的栅极的控制电压。 在某些实施例中，调整装置包括单一的所述器件，该单一的所述器件被布置成向 第一和第二电容器传送充电电流。 在某些实施例中，该单一的所述器件是一个FET，其漏极连接至输入端，栅极被连
接成接收所述控制信号，并且开关装置和开关控制装置被布置成在所述第一配置的情况 下，第一电容器的第一电极连接至FET的源极，在所述第二配置的情况下，第二电容器的第 一电极连接至FET的源极。 在某些实施例中，调整装置包括第一所述器件和第二所述器件，可以用第一控制 信号对所述第一器件进行控制，调整从输入端供应给第一电容器的充电电流，并且可以用 第二控制信号对所述第二器件进行控制，调整从输入端供应给第二电容器的充电电流，控 制信号供应装置被布置成分别向第一和第二器件提供所述第一和第二控制信号。第一器件 可以是漏极连接至输入端、源极连接至第一电容器的第一电极的第一FET，第二器件可以是 漏极连接至输入端、源极连接至第二电容器的第一电极的第二FET。开关控制装置和控制信 号装置被布置成在所述第一配置的情况下，将控制电压施加于第一FET的栅极，以向第一 电容器提供根据输出电压调整过的充电电流，而不导通第二 FET，并使得在所述第二配置的 情况下，将控制电压施加于第二FET的栅极，以向第二电容器提供根据输出电压调整过的 充电电流，而不导通第一FET。 在某些实施例中，调压器包括多个所述输入端，每个输入端适于连接至一个以相
应供电电压供电的独立电源，且调整装置被布置成分别从各输入端向各所述电容器提供相
应经过调整的充电电流。调整装置包括多个所述器件，每个器件对应于一个所述输入端，被
布置成从各输入端向第一和第二电容器传送充电电流，控制信号提供装置被布置成向相应
所述器件提供各所述控制信号，以根据输出端电压对流经各器件的电流加以调整。 本实用新型的另一方面提供了一种低噪声模块(LNB)(还可称为LNA)，其特征在
7于，包括调压器，该调压器包括输入端，连接到以某一供电电压供电的电源；输出端，连接 负载，以经过调整的电压向负载供电；第一电容器，包括相应的第一和第二电极；第二电容 器，包括相应的第一和第二电极；调整装置，从输入端向所述各个电容器提供相应经过调整 的充电电流；开关装置，选择性地连接第一电容器的第一电极以接收所述相应经过调整的 充电电流或连接到输出端，选择性地将第一电容器的第二电极连接至输出端或地，选择性 地连接第二电容器的第一电极以接收所述相应经过调整的充电电流或连接到输出端，以及 选择性地将第二电容器的第二电极连接至输出端或地；以及开关控制装置，用于控制所述 开关装置在第一配置和第二配置间交替，在第一配置中，第一电容器的第一电极被连接成 接收所述相应经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二电极和第二电容器的第一电极 的每一个都被连接至输出端，而第二电容器的第二电极接地；在第二配置中，第二电容器的
第一电极被连接成接收所述相应经过调整的充电电流，并且第二电容器的第二电极和第一 电容器的第一电极的每一个都被连接至输出端，而第一电容器的第二电极接地，其中调整 装置包括至少一个器件，通过该至少一个器件将相应充电电流的至少一部分提供给至少一 个电容器，并且所述至少一个器件可以被控制信号控制，以对流经该器件的电流加以调整， 该调整装置还包括连接至输出端的控制信号提供装置，它被布置成向所述至少一个器件提 供所述控制信号，所述控制信号取决于输出端的电压，以便可以根据输出端的电压来调整 流经所述至少一个器件的电流。 在某些实施例中，LNB还包括连接装置，用于连接从接收盒伸出的电缆，以便接收 盒能够通过所述电缆为LNB供电，调压器的输入端连接至接线端。 在某些实施例中，LNB还包括连接在连接装置和输入端之间的滤波网络(例如 DiSEqC网络)。该滤波网络可以包括彼此并联的电感、电容和电阻。 本实用新型的另一方面提供了一种包含调压器的低噪声模块，其特征在于该调压
器包括一种调压器，其特征在于，包括输入端，连接到以某一供电电压供电的电源；输出
端，连接负载，以经过调整的电压向负载供电；第一电容器，包括相应的第一和第二电极； 第二电容器，包括相应的第一和第二电极；调整装置，从输入端向所述各个电容器提供相
应经过调整的充电电流；开关装置，选择性地连接第一电容器的第一电极以接收所述相应 经过调整的充电电流或连接到输出端，选择性地将第一电容器的第二电极连接至输出端或 地，选择性地连接第二电容器的第一电极以接收所述相应经过调整的充电电流或连接到输 出端，以及选择性地将第二电容器的第二电极连接至输出端或地；以及开关控制装置，用于 控制所述开关装置在第一配置和第二配置间交替，在第一配置中，第一电容器的第一电极 被连接成接收所述相应经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二电极和第二电容器的 第一电极的每一个都被连接至输出端，而第二电容器的第二电极接地；在第二配置中，第二 电容器的第一电极被连接成接收所述相应经过调整的充电电流，并且第二电容器的第二电 极和第一电容器的第一电极的每一个都被连接至输出端，而第一电容器的第二电极接地， 其中调整装置包括至少一个器件，通过该至少一个器件将相应充电电流的至少一部分提供 给至少一个电容器，并且所述至少一个器件可以被控制信号控制，以对流经该器件的电流 加以调整，该调整装置还包括连接至输出端的控制信号提供装置，它被布置成向所述至少 一个器件提供所述控制信号，所述控制信号取决于输出端的电压，以便可以根据输出端的 电压来调整流经所述至少一个器件的电流。所述调压器还包括多个所述输入端，每个输入端适于连接至一个以相应供电电压供电的相应电源，且其中调整装置被布置成分别从各输 入端向相应电容器提供相应经过调整的充电电流。在所述调压器中，所述调整装置包括多 个所述器件，每个器件对应于一个相应的所述输入端，被布置成从相应输入端向第一和第 二电容器传送充电电流，控制信号提供装置被布置成向相应所述器件提供相应所述控制信 号，以根据输出端电压对流经相应器件的电流加以调整。所述低噪声模块还包括多个连接 装置，各连接装置适于连接从相应接收盒伸出的电缆，以便接收盒能够通过电缆，为低噪声 模块供电，调压器的各输入端连接至各连线端。 在某些实施例中，LNB适于通过连接装置以及连接至该或各接收盒的各条电缆输 出信号。 在某些实施例中，LNB还包括至少一连接至输出端、以接收经过调整的电压的放大 器(例如，低噪声放大器)。 另一方面提供了一种卫星接收系统，其特征在于，包括低噪声模块；接收盒，用 电缆连接至低噪声模块，并通过所述电缆以电源电压向低噪声模块供电，其中低噪声模块 包括调压器；以及输入端，连接至电缆，由此调压器才可用于以经过调整的电压进行供电， 该调压器包括输入端，连接到以某一供电电压供电的电源；输出端，连接负载，以经过调 整的电压向负载供电；第一电容器，包括相应的第一和第二电极；第二电容器，包括相应的 第一和第二电极；调整装置，从输入端向所述各个电容器提供相应经过调整的充电电流； 开关装置，选择性地连接第一电容器的第一电极以接收所述相应经过调整的充电电流或连 接到输出端，选择性地将第一电容器的第二电极连接至输出端或地，选择性地连接第二电 容器的第一电极以接收所述相应经过调整的充电电流或连接到输出端，以及选择性地将第 二电容器的第二电极连接至输出端或地；以及开关控制装置，用于控制所述开关装置在第 一配置和第二配置间交替，在第一配置中，第一电容器的第一电极被连接成接收所述相应 经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二电极和第二电容器的第一电极的每一个都被 连接至输出端，而第二电容器的第二电极接地；在第二配置中，第二电容器的第一电极被连 接成接收所述相应经过调整的充电电流，并且第二电容器的第二电极和第一电容器的第一 电极的每一个都被连接至输出端，而第一电容器的第二电极接地，其中调整装置包括至少 一个器件，通过该至少一个器件将相应充电电流的至少一部分提供给至少一个电容器，并 且所述至少一个器件可以被控制信号控制，以对流经该器件的电流加以调整，该调整装置 还包括连接至输出端的控制信号提供装置，它被布置成向所述至少一个器件提供所述控制 信号，所述控制信号取决于输出端的电压，以便可以根据输出端的电压来调整流经所述至 少一个器件的电流。

下面将参考以下附图，对本实用新型的实施例予以说明，附图中 图1是体现本实用新型的、包含于LNB中、并通过与机顶盒伸出的信号电缆SC相
连来接收能量的调压器的电路图； 图2示出了施加于图1的调压器的开关装置的FET的栅极的开关控制波形(即，
该图示出了开关式电容转换器驱动波形定时)； 图3是体现本实用新型的另一调压器的电路9[0027] 图4是体现本实用新型的、包含在连接至机顶盒的LNB中的另一调压器的电路 图； 图5示出了用于控制图4的调压器的开关装置的FET的栅极的电压波形； 图6是体现本实用新型的另一调压器的电路图；以及 图7是体现本实用新型另一 LNB的一部分的方框图。
具体实施方式下面参考图1，图1示出了单一通用LNB(单输出装置)中的本实用新型实施例的 核心元件。电压源Vstb代表机顶盒，它不但为LNB供电，还从LNB接收RF信号。Lds、 Cds 和Rds表示DiSEqC滤波网络，后者使得可以将22kHz的控制信号馈入电源线。该网络的一 个负面效应是会增加电源线的低频阻抗，从而更容易对噪声负载造成干扰。电源Vprc和它 所驱动的fet(M—PR)起预调整器的功能(g卩，它们构成了调整装置的一部分)。还可以用线 性调整装置来描述该调整装置。线性预调整器后面是一个两相开关式电容DC/DC转换器。 相位1使用脉冲发生器V2、 V3、 V4和V5及由它们驱动的fet。相位2使用脉冲发生器V6、 V7、 V8和V9及由它们驱动的fet。各相位使用发生器/fet交替为"快速电容器(flying c即acitor)" (Cfcl/Cfc2)充电，具体方法是把发生器/fet连接在预调整器和负载(Cout) 之间，一旦电容器充满，就再将其直接接到负载上。 由于电容器Cfcl和Cfc2在充放电周期内为负载提供电流，但只在充电周期内从 预调整器接收电流，因此转换器的输入电流是输出电流的一半。(由于预调压的输出电压是 Cout上电压的两倍以上，因而这是有可能的。)因此位于Vstb的负载是使用线性功率调整 器的标准LNB的负载的一半。 由于使用了两相转换器，因此无论何时，Cfcl或Cfc2总有一个从预调整器接收电 流。这意味着，预调整器的电流是连续的而不是间歇的。因此，就算在供电线路中使用了 DiSEqC网络，也只需对输入线进行极小的整流就可以将线路噪声限制在可以接受的水平。 由于只需要提供一半的负载电流，集成两相转换器所用的半导体的功率fet的尺寸可以縮 小一半，因此两相转换器半导体的价格并非远高于单相器件中的半导体价格。该方法的确 需要额外的快速电容器，但该组件并不十分昂贵。 因此，在图1中，调压器电路包括第一电容器(快速电容器Cfcl)和第二电容器 (快速电容器Cfc2)，其中第一电容器包含第一电极A和第二电极B，第一电容器也包含自 己的第一电极A和第二电极B。用于连接电源的输入端是Vin，用于连接负载，以调整后的 电压向负载供电的输出端是Vload。除了两个快速电容器Cfcl和Cfc2，输出端和地之间还 连接了一个输出电容器Cout，输入端和地之间连接了一个输入电容器Cin，预调整器(或调 整装置)的标称输出和地之间还连接了一个预调整电容器Cpr。开关装置包括8个FET， M2-M4、M6-M7以及M9_M10。本例中的调整装置包括单一 FET (M_PR)，该FET的漏极D连接 至输入端，其源极S被布置成选择性连接到快速电容器，并为其栅极G提供了以根据(取决 于)输出端的输出电压推导出的控制电压为形式的控制信号。开关装置可用于选择性地将 第一电容器(Cfcl)的第一电极A连接至FET M—PR的源极或输出端，选择性地将第一电容 器(Cfcl)的第二电极B连接至输出端或地，选择性地将第二电容器(Cfc2)的第一电极A 接至FET M—PR的源极或输出端，并选择性地将第二电容器(Cfc2)的第二电极B连接至输出端或地。调压器还包括开关控制装置，它被布置成向开关FET的栅极提供控制电压或信 号V2-V9，这些电压波形在图2中示出。由图可见，这组电压波形在第一配置或相(phase) P1和第二配置或相P2间交替变化。当处于第一相P1时，将第一电容器的第一电极A连接 至预调整器FET的源极，并将第一 电容器的第二电极B和第二电容器的第一 电极A连接至 输出端。同时，将第二电容器的第二电极B接地。因此，当处于第一相位P1时，对第一电容 器充电(即通过预调整器的FET向其提供充电电流)，同时由连接在输出端和地之间的第二 电容器向所连接的负载提供输出电流。第二相位的情况基本相反，此时将第二电容器的第 一电极连接至预调整器FET，以接收充电电流，并将其第二电极和第一 电容器的第一 电极连 接至输出端。同时，将第一电容器的第二电极连接至地。因此，当处于第二相位P2时，对第 二电容器充电，并由第一电容器提供输出电流。因此，无论何时，总有一个电阻器正在充电， 而另一个电阻器正在提供所需的输出电流。应当理解的是，受图2所示的控制信号控制的 图1所示的两电容器配置使得输出端的电压大约是预调整器FET源极电压的一半。 在本实用新型的诸如图l所示的实施例中，监控开关式电容转换器的输出电压， 以对预调整器的电源Vprc进行控制，形成一个输出电压控制环。为了保持预调整器的噪声 抑制函数，最好用低通滤波器对该控制的响应加以限制。图3更详细地示出了一个实例，用 以说明如何实现这一目的。在依照本实用新型的调压电路中，将开关式电容转换器的输出 同一个精确的参考电压V—REF进行比较，以产生一个误差信号，然后在利用该误差信号设 置预调整器fet的驱动信号。该电路确保可以准确地令转换器输入电压保持为产生所需输 出所需要的值。 图4示出了，用于单一LNB(即特别为了用于并入单一 LNB)的本实用新型的候选 版本。在该实施例中，将弱预调整器的功能同开关式电容转换器进行了结合。为此，令发生 器V2和V8所提供的驱动电压取决于输出电压(仍用连接在输出上的分压器R2、R3监控输 出电压)，以便用它们取代前面用Vprc及其相关FET所提供的调整功能。这样做减少了串 联功率FET的面积(因而节省了成本)。图5示出了改变了的栅极控制信号。注意，在定时 图中，由于进行了调整控制，V2和V8所提供的驱动电平比其他驱动信号小。 因此，通过图4和上面的说明，应当理解，在本实施例中，不需要用于向快速电容 器提供电流的调整装置中的专用FET。相反，电路的开关装置和调整装置能够有效地共享 FET M2和M10。将取决于(根据)输出端输出电压(推导出)的控制电压提供给这两个 FET，而不是用适当的控制信号简单地将其完全导通或者关闭，因此可以根据输出电压调整 它们的开关程度。 图6示出了本实用新型的一个备选版本。包括多个Vprc发生器及其相关fet。这 种形式的调压器特别适合并入多输出LNB(用于向以各自的电缆连接的多个接收盒提供信 号，并从以各自的电缆连接的多个接收盒接收能量)。对预调整器加以控制，以确保不论输 出电压(极化状态)如何，全部连接的Vstb电源所提供的电流基本相同。在图4中，预调 整器被设计成需要一个经过调整的、用于从开关式电容转换器提供所需输出电压的输入电 流。使用由同一控制信号驱动的相同输入级使得两个(或更多)的输入(机顶盒，STB)可 以平等地共享输入电流。 下面参考图7，图7示出了体现本实用新型的另一 LNB的一部分，还可称之为低噪 声放大器，或LNA。[0040] LNA是一种众所周知的用于通信系统的电子放大器，用于对天线捕捉到的微弱信 号进行放大。LNA通常位于天线中，并且被设计成只在接收信号上增加极小的噪声。LNA将 接收信号放大到该LNA连接的后续接收装置所需的电平丄NA还可称为信号放大器(signal booster)。 LNA的一种常见应用是用于接收并放大直播卫星(DBS)信号，适用于该目的LNA可 称为DBS LNA。 DBS LNA通常包括若干用于处理射频信号(RF)的FET(可以是GaAs FET)。 例如，DBS LNA可能适于接收具有两种不同极化方式的信号，可以采用两个FET来选择对哪 种输入信号极化方式进行放大，并将其传送至后续连接的器件。此外，可以将FET布置在有 源混频电路中，以接收RF输入，并用来自LNA中的本地振荡器的信号控制该FET的栅极或 漏极。如此以来，有源混频电路就能够输出(即提取出)中频(IF)信号了。通常要求DBS LNA能够检测覆盖较宽频率范围的极低电平RF信号，并提供较高的信道隔离度。DBS LNA 还应该能够对接收信号进行放大，同时只引入极小的噪声，还可以对DBS LNA进行控制，使 之在不同的输入信号极化方式间做出选择(如上所述)。已知的是，应当可以对它们进行控 制，使它们可以转换波段，从而接收并处理扩展频率范围内的信号。已知，应当可以对它们 进行控制，使它们能够下变频，即能够接收某一特定频率的输入信号，并在较低的频率输出 相应的信号。已知DBS LNA的另一个特征是电缆驱动，即利用同一条RF电缆为LNA供电， 并对其进行控制，其中射频电缆用于将LNA的RF输出下馈至连接的器件(如"机顶盒")。 过去，DBS LNA通常在印刷电路板(PCB)上并入大量独立的内部电路模块，这些模 块包括提供FET偏置控制和保护级的模块；布置成产生FET控制所用负电源电压的模块；
布置成检测极化转换控制所用的DC输入电压的水平的模块；布置成检测频段转换控制所 用的AC输入电压的模块；布置成控制切换本地振荡器的电源的模块以及布置成提供经过 调整的电源的模块。已知LNA中的上述大量独立模块将会占用比较大的PCB区域，这块区 域的面积占据了整个LNA PCB区域的一半以上。这增加了整个LNA的成本，这个成本不仅 和独立组件以及PCB(通过由昂贵的低损耗RF材料制成)有关，还和LNA的机壳材料(合 金和塑料)有关。 仍参考图7，图7示出了体现本实用新型的DBS LNA的一部分，DBS LNA并入了一个 单片的(monolithic)支持IC 1，后者本身也是本实用新型的实施例。除了支持IC 1， LNA 还包括若干外部组件，这些组件包括四个FET F1、F2、F3和F4以及两个校准电阻器Rl和 R2。将操作LNA的电源供至电源输入端，并且支持IC l包括依照本实用新型第一方面的调 压器4，它被布置成从用于向片上或片外(on-chip oroff-chip)组件供电的电源输入产生 一个经过调整的供电电压。支持IC1包括一个FET控制电路2，它被布置成监控各FET的漏 极电流，并且通常用于(以偏置电流和偏置电压)设置各个外部FET的偏置状态。可以认 为此FET控制电路2包括分别被布置成控制FET的偏置的第一、第二和第三级21、22、23。 第四级24控制FET F4的偏置，FET F4被布置于混频器结构(未示出)之中，用于接收RF 输入信号以及来自LNA中两个本地振荡器(此图中未示出本地振荡器)其中之一的信号， 并产生一个中频信号。FET控制电路还包括FET偏置电流控制级25，用于控制FET Fl、 F2 和F3的偏置电流。该偏置电流控制级25连接至外部校准电阻器Rl，在外部校准电阻器上 有校准电流流过。偏置电流控制级25检测该校准电流，下面将对此特征予以更加详细的说 明。FET控制电路还包括混频器偏置电流控制级26，它被布置成检测流过第二校准电阻器R2的混频器电流，并对流过FET F4的偏置电流加以独立控制。 单片的支持IC 1还包括极化控制电路3，它还可称为FET选择电路。电路3被布 置成检测被提供给电源输入10的电压信号的DC分量的电平，并根据检测到的DC电平向 FET控制电流2提供FET选择控制信号。在本例中，根据检测到的电源输入10上的DC电 平，极化控制电路3启动FET F1和F2其中的一个(毫无疑问，还可以将其描述为选择将两 个FET中的一个禁用)。FET Fl被布置成对去向LNA的一种输入极化信号进行处理，第二 个FET R2被布置成处理另一种不同的极化。从而，极化控制电路3能够根据作用于电源输 入10的DC电压分量，判断LNA要放大的输入信号的极化方式。在某些实例中，该电源输入 还是LNA的射频输出，并利用连接在下游的器件将用于选择信号极化方式的DC分量提供给 LNA。单片的支持IC还包括负电源发生电路5，它被布置成利用调压器4输出的经过调整的 电压产生一个负电源。将该负电源提供给FET控制电路，从而使后者能够向外部FET提供 负控制电压。在某些实施例中，负电源发生器5还被布置成为支持IC 1外部的、LNA的其 他组件提供负电源。 图7中的支持IC l还包括检音电路(tone detector circuit)6，被布置成检测提 供给电源输入10的信号中是否存在AC控制分量(g卩，控制音调)。检音器6随即向本地振 荡器电源开关电路7提供检测信号，电源开关电路7根据AC控制分量存在与否将经调整的 电源馈入一对输出端71、72中的其中一个。输出端71被布置成为包含于LNA中的高频带 本地振荡器供电，输出端72被布置成为包含于LNA中的第二低频带本地振荡器供电。 下面将对图7的LNA予以更加详细的说明。如上所述，图7 —个通用DBS LNA 100 中各组件的方框图，DBS LNA包括一个完整的单片LF支持IC 1。包括FET控制(提供偏 置控制和FET电流设定)模块2、极性转换模块3、负电源发生器5、检音器6、 L0开关7、内 部参考电压和调压器4。 FET偏置控制级保护并控制处理RF信号所需使用的若干GaAsFET Fl-F4的运行， 在某些实施例中，RF信号可以处于5-15GHz的范围以内。耗尽型FET需要经过良好调整 的漏极供电电压；漏极电流监测和控制；受过压保护和过流保护的、必须能够产生低于地 电位的电源电压的栅极驱动器。 为了控制噪声性能和增益，通常需要用户控制FET漏极工作电流。为了使本实用 新型的实施例能够实现前述部分综合的尝试，允许用户使用一个用于建立校准电流的外部 电阻器Rl(也称RcalA)来设置漏极电流。然而，从前述尝试获得的经验表明将(高)漏极 电流监测和控制电阻器同(低)校准电流监控器匹配所需使用的内部组件体积过大。在本 实用新型的某些实施例中，使用比例式双极或mosfet晶体管实现匹配，以在不损失精度的 前提下有效节省芯片面积。 许多种类的DBS LNA必须满足能够在两种信号极化方式间(通常在垂直和水平极 化或在顺时针和逆时针极化间)进行选择的要求。可以通过有选择地启用两个输入放大器 FET(每个FET只接收一种极化信号，并对其进行放大)中的其中一个来实现这一目的。将 两个FET的输出结果相加，然而馈送至下一RF放大级。启用和禁用上述电路级是一项十分 复杂的操作，这是由于，如果要维持(极化间)的隔离度、增益和噪声性能，必须小心仔细地 维持/控制输入输出RF阻抗。现已开发出两种设计变型用于支持本实用新型实施例中的 这种选择。本实用新型实施例所采用的第一种技术通过使用较大但可控的负电压驱动适当FET的栅极，彻底关闭器件中逻辑电流的方式，消除无用极化。还可以禁用漏极电源，使得可 以通过直接连接两个漏极将两种极化信号相加。候选实施例中的第二种变型仍然通过禁用 漏极电源的方式消除无用极化，但以0V电压驱动适当FET的栅极。如此以来，作为一种耗 尽型器件，FET就将进入低阻态(不像在第一种方法那样成为一个断路)。LNA设计者可能 更倾向于这种候选极化控制方案所提供的阻抗匹配的一致性。可以利用RF下馈电缆提供 的DC电源电压变化，控制DBS LNA的极化。用于选择两种极化方式其中之一的常见电平是 13V输入电压或18V输入电压。向本实用新型实施例中的支持IC集成调压电源，就可以直 接得到极化信号而无需在支持IC上增加额外的输入管脚。本实用新型实施例中所执行的 其他任务使得这种节省管脚的做法能够有效滤除所有无用的系统噪声和其他控制信号，而 无需使用任何外部组件。由于允许存在电缆压降和控制器精度偏差，所需控制信号的门限 范围可能减小到14. 2V至15. 2V，因此这并不是一个特别简单的任务。此外，要在有AC控制 信号存在的情况下提供这种能力，因而噪声的幅度可能大于剩余检测范围。本实用新型的 实施例通过结合使用滤波器和延迟电路的方法实现利用可接受尺寸集成组件准确检测DC 输入电平这一复杂任务。 已注意到，某些实施例中所支持的GaAs放大器FET是耗尽型器件，为了进行控制 后者需要适于低于地电位的电源。由于一般的RF/DC电源电缆无法直接提供这样的电源， 因此电源必须在DBS LNA内部产生。本实用新型实施例中的支持IC可以在无需使用任何 外部组件的前提下提供这种电源。它还可以将该电源提供给LNA设计者，用于实现原始实 现中未实现的其他/新特征。在某些实施例中，负电源发生器采用标准的电容器充电泵电 路。在工作于极高频率(> lMHz)时，它可以为栅极驱动器和其他外部需求提供足够的电 流，而无需使用外部泵电容器。在某些实施例中，对其输出进行调整，并对输入电流加以限 制，以确保外部FET不会被过高的栅源或栅漏电压损坏。为了能够将低于地电位的电路集 成到芯片衬底接地的IC处理器中，有必要创新性地使用隔离扩散技术(以下将对其进行说 明)。如果不使用上述技术，就需要添加额外的封装管脚和外部组件。 某些体现本实用新型的单片支持IC能够支持具有频段转换功能的DBS LNA。可以 通过只启用两个本地振荡器中的一个来实现该功能。将用于选择频段的低频(例如22kHz) 音调加至LNA的DC输入上。因此，可以安排用下馈电缆来传输接收到RF信号，DC输入和AC 信号，其中DC输入为LNA供电，并选择极化方式，AC信号用于选择接收频段。如前所述，为 了控制LNA，电源电缆上可以存在其他信号。可能存在的其他信号包括DiSEqC信号、MACAB 信号、60Hz的音调(这些信号都是可能共享同一馈电电缆的其他器件的控制信号)，以及 LNA自身引起的电源噪声和干扰。必须在有多种干扰源存在的情况下可靠地检测出期望音 调。为了在这种恶劣环境下良好运作，本实用新型的某些实施例结合使用了滤波、电平选择 和调制检测。所有信号处理的实现都无需使用其他外部组件。由于输入信号直接取自输入 至IC的电源，因此无需为检音器添加输入或滤波组件管脚。 在某些体现本实用新型的实施例中，通过启动用于控制两个本地振荡器DC供电 的高位开关实现频段转换。或者，还可以通过对MMIC器件进行选通控制来实现频段转换。 本地振荡器的电源开关实现起来可能会比较困难。为了保持RF稳定，本地振荡器电源必须 高度去耦。由于要对电源平滑电容器充电，因此开关电源将导致产生很大的瞬变电源电流。 由于上述电流源自LNA的DC输入，后者的电源阻抗通常比较糟糕(高)，因此开关本地振荡器可能在DC电源上引入很大的瞬变电压。由于瞬变会干扰用于发起切换的同一输入音调 信号，因此这可能会带来某些问题。本实用新型的实施例对本地振荡器电源的开关加以控 制，使得可以完全消除供电电流瞬变。这是通过结合使用选通、延迟电流和上沿时间控制予 以实现的。 在DBS LNA控制器(即单片支持IC)中集成调压器对于减少芯片管脚数量和组件 间连线来说十分重要。输入至LNA的电源是噪声和干扰水平很高的可变电压DC电源。需 要使用高性能的调压器用这个电源向存在于大部分LNA中的放大器GaAs FET、本地振荡器 和后面的混频放大器提供低噪声DC电源。调压器必须是稳定的，能够去除较强的输入噪声 (特别是22kHz的噪声)并提供针对各种错误(过流和过热)的保护，而不至于被永久性损 坏。在本实用新型的实施例中，调压器与参考电压相连，参考电压用于为极化检测器和调压 器以及过热检测提供校准电压。调压器通过将规定的一部分输出电流同内部参考电流进行 比较，执行过流检测。这种技术使得不必在高电流输入或输出路径中放入可用于降低输出 调节或最小输入工作电压的电阻器。 某些实施例使用QFN(扁平无引脚封装)表面装配封装形式的单片支持IC。在某 些实例中，以所述方式集成全部LF功能已将所需管脚数量减少至仅仅16个管脚。这使得 可以使用3mm乘3mm乘0. 8mm的封装来实现DBS LNA所需的全部低级LF功能。封装时，将 IC芯片安装在背面同PCB接触的金属垫上。该金属垫焊接在双面PCB的顶层金属层上。还 必须同IC相邻的PCB的背面进行金属化，并通过两个以上的镀通孔馈通(feed through) 连接两条金属引线。此外，PCB应当紧紧贴着靠近IC安装点的金属合金外壳。这种安装方 式可以确保到IC周围散热电阻的连接具有足够低的热阻，从而能够耗散掉在电源线性调 压器中损失的全部功率。当以这种方式安装时，所述实现可以实现一个热阻只有3(TC/W的 到IC周围散热电阻的连接。 图7示出了用于LNA中的单片支持IC的主要电路模块，以及IC所支持和需要的 外部组件。IC支持4个外部GaAs FET， JA1、 JA2、 JA3和JM。两个FET (JA1和JA2)用作输 入放大器，每个FET对应一个输入信号极化状态，无论何时只有一个FET处于工作状态。为 第三个FETJA3持续供电，并将其用作放大器。第四个FET JM用作混频器。用户通过使用 两个"校准"电阻器Rl、 R2来设置放大器FET和混频器FET的漏极电流。IC为高低频段的 两个本地振荡器提供电源输出。还可以为所需的任何IF频段放大器供电。由内部调压器 4为所有电路供电，通过管脚Vin为内部调压器4供电。该管脚并不仅仅用于输入电源，还 馈入电压比较器3，用于控制极化状态，并馈入检音器6，用于控制高/低频段。 根据以上说明，应当理解，本实用新型的某些实施例使用的单片IC提供了在两相 开关式电容降压器前执行部分线性预调整的功能。预调整实现两个功能。 一是其弱调整去 除了出现在其输出端的强干扰同其输入端的干扰间的耦合。(牺牲了具有良好噪声抑制性 能的输出电压调整方法。)毫无疑问，第二个功能是为电容器提供经过调整的充电电流(也 可将其看作提供某种程度的电压调整，在开关式电容器装置进一步降低输出端电压(通过 降低一半)前，降低为电容器充电所使用的电压)。在依照本实用新型的多输出LNB中，多 个预调整器可以为一个开关降压器供电，从而提供噪声隔离，并提供共享于电源输入间的 电流。简单的单向降压器(感性或容性)会产生极高的输入电流噪声。多相降压器能够克 服这个问题，但会使成本大幅增加。通过使用两相电容降压器(开关式电容器)，本实用新型的实施例不但可以提供一种无噪解决方案，其成本甚至还低于基于电感的单相电路。此 外，在本实用新型某些实施例通过在一块IC中包含预调整、电压转换和LNB fet偏置支持， 降低了封装、组件互连、PCB和LNB外壳的成本。因此，本实用新型的实施例既节省了能量 又简化了产品。为了能够并入多输出LNB，某些实施例还在支持IC中集成了调压功能。 应当理解的是，由于本实用新型的实施例提供了弱功能预调整、开关式电容器电 源转换、两相电源转换，可以包括含有极化电压检测器和检音器的Fet偏置支持，并可以集 成于单片IC，因而不同于现有技术的LNB调压器。它们还可以在不导入外部信号的前提下 包含复杂的能量管理策略。 还应该理解，本实用新型的实施例能够提供许多优点，包括较低的反馈至能量/ RF下馈电缆的开关噪声；高于纯线性调压方案的效率；较低的LNB整体解决成本；以及减 轻了的环境效应。 还应该理解，本实用新型的实施例可用于多种应用，包括单和/或多输出LNB、卫 星开关盒以及卫星信号接收系统。
权利要求一种调压器，其特征在于，包括输入端，连接到以某一供电电压供电的电源；输出端，连接负载，以经过调整的电压向负载供电；第一电容器，包括相应的第一和第二电极；第二电容器，包括相应的第一和第二电极；调整装置，从输入端向每个所述电容器提供相应经过调整的充电电流；开关装置，选择性地连接第一电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电流，或连接至输出端，选择性地将第一电容器的第二电极连接至输出端或地，选择性地连接第二电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电流，或连接至输出端，并选择性地将第二电容器的第二电极连接至输出端或地；以及开关控制装置，控制所述开关装置在第一配置和第二配置间交替，在第一配置中，第一电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二电极和第二电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第二电容器的第二电极接地；在第二配置中，第二电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并且第二电容器的第二电极和第一电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第一电容器的第二电极接地，其中调整装置包括至少一个器件，可通过该至少一个器件将相应充电电流的至少一部分提供给至少一个电容器，可以用控制信号对该至少一个器件进行控制，以对流经该至少一个器件的电流加以调整，该调整装置还包括控制信号提供装置，它被连接至输出端，并向所述至少一个器件提供所述控制信号，所述控制信号取决于输出端的电压，以便可以根据输出端的电压来调整流经该至少一个器件的电流。
2. 根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，所述控制信号提供装置包括低通滤波器。
3. 根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，所述控制信号提供装置包括 连接在输出端和地之间的分压器；运算放大器，反相输入通过低通滤波器连接至分压器的输出；以及 参考电压源，连接在运算放大器的非反相输入和地之间。
4. 根据权利要求3所述的调压器，其特征在于，所述控制信号是运算放大器输出端所 提供的控制电压。
5. 根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，还包括连接在输入端和地之间的输入 电容器以及连接在输出端和地之间的输出电容器。
6. 根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，还包括连接在调整装置的输出和地之 间的调压电容器。
7. 根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，所述器件是场效应晶体管，所述控制信 号是提供给场效应晶体管的栅极的控制电压。
8. 根据权利要求1所述的调压器，其特征在于，调整装置包括单一的所述器件，该单一 器件向第一和第二电容器传送充电电流。
9. 根据权利要求8所述的调压器，其特征在于，所述单一器件是场效应晶体管，其漏极 连接至输入端，栅极被连接成接收所述控制信号，并且开关装置和开关控制装置被布置成在所述第一配置的情况下，第一电容器的第一电极连接至所述场效应晶体管的源极，在所 述第二配置的情况下，第二电容器的第一电极连接至所述场效应晶体管的源极。
10. 根据权利要求1至7中之一所述的调压器，其特征在于，调整装置包括第一所述器 件和第二所述器件，用第一控制信号对所述第一器件进行控制，以调整从输入端供应给第 一电容器的充电电流，并且用第二控制信号对所述第二器件进行控制，以调整从输入端供 应给第二电容器的充电电流，控制信号供应装置分别向第一和第二器件提供所述第一和第 二控制信号。
11. 根据权利要求10所述的调压器，其特征在于，第一器件是漏极连接至输入端、源极 连接至第一电容器的第一电极的第一场效应晶体管，第二器件是漏极连接至输入端、源极 连接至第二电容器的第一电极的第二场效应晶体管。
12. 根据权利要求11所述的调压器，其特征在于，开关控制装置和控制信号装置被布 置成在所述第一配置的情况下，将控制电压施加于第一场效应晶体管的栅极，以向第一电 容器提供根据输出电压调整过的充电电流，而不导通第二场效应晶体管，以及在所述第二 配置的情况下，将控制电压施加于第二场效应晶体管的栅极，以向第二电容器提供根据输 出电压调整过的充电电流，而不导通第一场效应晶体管。
13. 根据权利要求1至9中之一所述的调压器，其特征在于，包括多个所述输入端，每个 输入端适于连接至一个以相应供电电压供电的相应电源，且其中调整装置分别从各输入端 向相应电容器提供相应经过调整的充电电流，其中调整装置包括多个所述器件，每个器件对应于一个相应的所述输入端，从相应输 入端向第一和第二电容器传送充电电流，控制信号提供装置向相应所述器件提供相应所述 控制信号，以根据输出端电压对流经相应器件的电流加以调整。
14. 一种低噪声模块，其特征在于，包括调压器，该调压器包括 输入端，连接到以某一供电电压供电的电源； 输出端，连接负载，以经过调整的电压向负载供电； 第一电容器，包括相应的第一和第二电极； 第二电容器，包括相应的第一和第二电极；调整装置，从输入端向每个所述电容器提供相应经过调整的充电电流； 开关装置，选择性地连接第一电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电 流，或连接至输出端，选择性地将第一电容器的第二电极连接至输出端或地，选择性地连接 第二电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电流，或连接至输出端，并选择 性地将第二电容器的第二电极连接至输出端或地；以及开关控制装置，控制所述开关装置在第一配置和第二配置间交替，在第一配置中，第一 电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二 电极和第二电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第二电容器的第二电极接地； 在第二配置中，第二电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并 且第二电容器的第二电极和第一电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第一 电容 器的第二电极接地，其中调整装置包括至少一个器件，可通过该至少一个器件将相应充电电流的至少一部 分提供给至少一个电容器，可以用控制信号对该至少一个器件进行控制，以对流经该至少一个器件的电流加以调整，该调整装置还包括控制信号提供装置，它被连接至输出端，并向 所述至少一个器件提供所述控制信号，所述控制信号取决于输出端的电压，以便可以根据 输出端的电压来调整流经该至少一个器件的电流。
15. 根据权利要求14所述的低噪声模块，其特征在于，还包括连接装置，连接从接收盒 伸出的电缆，以便接收盒能够通过所述电缆为低噪声模块供电，调压器的输入端连接至接 线端。
16. 根据权利要求15所述的低噪声模块，其特征在于，还包括连接在连接装置和输入端之间的滤波网络，该滤波网络包括彼此并联的电感、电容和电阻。
17. 根据权利要求14至16之一所述的低噪声模块，其特征在于，低噪声模块通过连接 装置以及连接至该或各接收盒的各条电缆输出信号。
18. 根据权利要求14至16之一所述的低噪声模块，其特征在于，还包括至少一连接至 输出端、以接收经过调整的电压的放大器。
19. 一种包含调压器的低噪声模块，其特征在于，该调压器包括一种调压器，其特征在于，包括 输入端，连接到以某一供电电压供电的电源； 输出端，连接负载，以经过调整的电压向负载供电； 第一电容器，包括相应的第一和第二电极； 第二电容器，包括相应的第一和第二电极；调整装置，从输入端向每个所述电容器提供相应经过调整的充电电流； 开关装置，选择性地连接第一电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电 流，或连接至输出端，选择性地将第一电容器的第二电极连接至输出端或地，选择性地连接 第二电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电流，或连接至输出端，并选择 性地将第二电容器的第二电极连接至输出端或地；以及开关控制装置，控制所述开关装置在第一配置和第二配置间交替，在第一配置中，第一 电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二 电极和第二电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第二电容器的第二电极接地； 在第二配置中，第二电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并 且第二电容器的第二电极和第一电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第一电容 器的第二电极接地，其中调整装置包括至少一个器件，可通过该至少一个器件将相应充电电流的至少一部 分提供给至少一个电容器，可以用控制信号对该至少一个器件进行控制，以对流经该至少 一个器件的电流加以调整，该调整装置还包括控制信号提供装置，它被连接至输出端，并向 所述至少一个器件提供所述控制信号，所述控制信号取决于输出端的电压，以便可以根据 输出端的电压来调整流经该至少一个器件的电流；所述调压器还包括多个所述输入端，每个输入端适于连接至一个以相应供电电压供 电的相应电源，且其中调整装置分别从各输入端向相应电容器提供相应经过调整的充电电 流，其中调整装置包括多个所述器件，每个器件对应于一个相应的所述输入端，从相应输 入端向第一和第二电容器传送充电电流，控制信号提供装置向相应所述器件提供相应所述控制信号，以根据输出端电压对流经相应器件的电流加以调整；该低噪声模块还包括多个连接装置，各连接装置连接从相应接收盒伸出的电缆，以便 接收盒能够通过电缆，为低噪声模块供电，调压器的各输入端连接至各连线端。
20. 根据权利要求19所述的低噪声模块，其特征在于，低噪声模块通过连接装置以及 连接至该或各接收盒的各条电缆输出信号。
21. 根据权利要求19或20所述的低噪声模块，其特征在于，还包括至少一连接至输出 端、以接收经过调整的电压的放大器。
22. —种卫星接收系统，其特征在于，包括低噪声模块；接收盒，用电缆连接至低噪声 模块，并通过所述电缆以电源电压向低噪声模块供电，其中低噪声模块包括调压器；以及输 入端，连接至电缆，由此调压器才可用于以经过调整的电压进行供电，该调压器包括输入端，连接到以某一供电电压供电的电源； 输出端，连接负载，以经过调整的电压向负载供电； 第一电容器，包括相应的第一和第二电极； 第二电容器，包括相应的第一和第二电极；调整装置，从输入端向每个所述电容器提供相应经过调整的充电电流； 开关装置，选择性地连接第一电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电 流，或连接至输出端，选择性地将第一电容器的第二电极连接至输出端或地，选择性地连接 第二电容器的第一电极以接收所述的相应经过调整的充电电流，或连接至输出端，并选择 性地将第二电容器的第二电极连接至输出端或地；以及开关控制装置，控制所述开关装置在第一配置和第二配置间交替，在第一配置中，第一 电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并且第一电容器的第二 电极和第二电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第二电容器的第二电极接地； 在第二配置中，第二电容器的第一电极被连接成接收所述的相应经过调整的充电电流，并 且第二电容器的第二电极和第一电容器的第一电极的每一个被连接至输出端，而第一电容 器的第二电极接地，其中调整装置包括至少一个器件，可通过该至少一个器件将相应充电电流的至少一部 分提供给至少一个电容器，可以用控制信号对该至少一个器件进行控制，以对流经该至少 一个器件的电流加以调整，该调整装置还包括控制信号提供装置，它被连接至输出端，并向 所述至少一个器件提供所述控制信号，所述控制信号取决于输出端的电压，以便可以根据 输出端的电压来调整流经该至少一个器件的电流。
专利摘要公开了一种用于LNB的调压器，包括第一和第二电容器，以及调整装置，被布置成从输入端向相应的电容器提供经调整的充电电流。该调整装置包括至少一个器件，可通过其将相应充电电流的至少一部分提供给至少一个电容器。可以用控制信号对该器件进行控制。该调整装置还包括控制信号提供装置，它连接至输出端，并被布置成向该器件提供所述控制信号，控制信号取决于输出端电压，以便可以根据输出端电压来调整流经该器件的电流。
文档编号H02M3/155GK201533241SQ200820112159
公开日2010年7月21日 申请日期2008年5月4日 优先权日2007年5月2日
发明者戴维·布莱德博瑞 申请人:赛特克斯半导体公司