专利名称：具有增益可控制的输入级的接收器的制作方法
技术领域：
本发明一方面涉及具有增益可控制的输入级的接收器。例如，所述接 收器可以为能够连接到线缆网络的数字视频记录器，通过所述线缆网络将 多个信道传输到用户家中。在这种数字视频记录器中，增益可控制的输入 级通常将多个信道传送到调谐器，这允许选择特定的信道。本发明的另一 方面涉及操作接收器的方法。
背景技术：
第5706060号美国专利描述了一种具有RF接收部分的视频记录器，所 述RF接收部分接收天线信号。所述RF接收部分包括连接到电感的宽带放 大器。 一个宽带放大器构成RF接收部分的输入放大器。另一宽带放大器构 成将天线信号环通(loop through)到电视接收器的信号通路。发明内容根据本发明的一方面， 一种接收器具有输入级，所述输入级在从输入 到输出的信号方向上包括输入晶体管和衰减器。所述衰减器提供取决于控 制信号的衰减。所述输入级包括晶体管偏置电路，所述晶体管偏置电路根 据所述控制信号来偏置所述输入晶体管。本发明考虑下面的方面。连接到线缆网络的接收器的输入级通常接收 较强的信号。形成输入级的一部分的输入晶体管将放大这些信号。存在的 风险是，后面的级接收如此强的信号，导致这些后面的级产生失真，结果， 降低了接收质量。可以说，后面的级过载。为了防止这样的过载，形成输 入级的一部分的衰减器可以提供一些衰减。此外，输入级的输入晶体管被 偏置，使得输入级可能引起的失真在可接受的水平上。噪声是次重要的。 由于接收信号通常较强，所以即使当存在较大的噪声时，信噪比也将是可 接受的。
可能发生的是，接收信号较弱。为了实现可接受的信噪比，可以降低 输入级中的衰减。衰减在弱信号环境下比在典型的强信号环境下小。衰减 可以减小到输入级提供一些信号增益的点。这个信号增益降低了后面的级 对整个接收器噪声的影响程度。在噪声方面，后面的级将起更小的作用。 输入级在噪声方面将起较重要的作用。也就是说，当在输入级中衰减很小 或者甚至根本没有衰减时，输入级将基本上确定整个接收器噪声。输入晶体管基本上确定输入级的噪声特性。具体地讲，噪声特性取决 于输入晶体管的偏置。通常，存在输入晶体管具有较低噪声的特定的偏置 范围。这个低噪声偏置范围不必要与前面描述的用于典型的强信号环境的 优选偏置相对应。因此，已经被设计成在这些典型环境下提供满意的性能 的输入级会产生较大的噪声。根据本发明的上述方面，输入级包括根据控制信号偏置输入晶体管的 晶体管偏置电路，所述晶体管偏置电路用于控制衰减。因此，当存在较小的衰减时，输入晶体管可以具有低噪声偏置，这是 在弱信号环境下的情况。这不能阻止输入晶体管当存在较大的衰减时具有 强信号偏置，这是在强信号环境下的情况。由于这些原因，本发明允许改 进的低噪声操作，这有助于较好的接收器灵敏度。下面，将参照附图更详细地描述本发明的这些和其它方面。
图1是示出数字视频记录器的方框图。图2是示出数字视频记录器的增益可控制的输入级的电路图。
具体实施方式
图1示出了数字视频记录器DVR，例如数字多功能盘(DVD)记录器 或硬盘驱动(HDD)记录器，或者DVD记录器和HDD记录器的结合。例 如，数字视频记录器DVR可以包括在用于线缆网络的所谓的机顶盒中。数 字视频记录器DVR通常具有市电电源(mains supply)。数字视频记录器DVR选择输入处接收的射频频谱RFI中呈现的期望 的信号。所述期望的信号输送数据。数字视频记录器DVR将该数据记录在
盘上。数字视频记录器DVR可以连接到通过虚线示出的电视机TVS或者任何其它类型的接收器。数字视频记录器DVR包括增益可控制的输入级LNA、调谐器TUN、 解码器DEC和记录器REC。增益可控制的输入级LNA放大射频频谱RF。增 益可控制的输入级LNA提供两个输出信号可控制的增益放大的射频频谱 RFGC和固定增益放大的射频频谱RFGF。数字视频记录器DVR的调谐器 TUN接收可控制的增益放大的射频频谱RFGC。电视机TVS接收固定增益 放大的射频频谱RFGF。因而，固定增益放大的射频频谱RFGF构成所谓的 环通信号，所述环通信号可以被施加到一个或多个其它设备，例如在图l 中示出的电视机TVS。调谐器TUN响应于可控制的增益放大的射频频谱RFGC提供中频信 号IF。中频信号IF是所述射频频谱RFI中期望的信号的频移版。所述射频 频谱RFI中的其它信号被较大程度地衰减。解码器DEC从中频信号IF取回 可记录的数据DAT。例如，可记录的数据DAT可以代表电影。记录器REC 将可记录的数据DAT记录在数字视频记录器DVR内的盘上。调谐器TUN可以包括自动增益控制电路AGC，所述自动增益控制电 路AGC防止较强的信号使接收质量下降。为此目的，自动增益控制电路 AGC调节调谐器提供的信号增益。在弱信号接收环境下，信号增益较高。 相反，在强信号接收环境下，信号增益较低。确定信号增益的自动增益控 制电压Vagc指示在射频频谱RFI中呈现的是较强信号还是较弱信号。图2示出了增益可控制的输入级LNA。增益可控制的输入级LNA包括 输入SI，该输入SI接收射频频谱RFI;和输出SO，该输出SO提供可控制的 增益放大的射频频谱RPGC。增益可控制的输入级LNA进一步包括环通输 出LT，所述环通输出LT提供固定增益放大的射频频谱RFGF。所述增益可 控制的输入级LNA具有增益控制输入，所述增益控制输入接收增益控制值 VG。例如，增益控制值VG可以为调谐器的自动增益控制电压Vagc，图l 中用虚线示出了该自动增益控制电压Vagc。增益可控制的输入级LNA包括输入电阻器Q1、两个二极管D1和D2、 各个电阻R1、 R2、 ...、 R12、各个电容C1、 C2、 ...、 C6、以及各个电感 Ll、 L2、 L3、 L4。增益可控制的输入级LNA具有电源通路VCC和信号地
通路GND，电源电压施加在所述电源通路VCC和所述信号地通路GND之 间。增益可控制的输入级LNA进一步包括宽带阻抗匹配电路WIM、信号分 离电路SPC和控制接口电路CIC。基于增益可控制的输入级LNA接收的增 益控制值VG，控制接口电路CIC提供可控制的二极管偏置电压VDC。现在，将在从输入SI到输出SO的信号方向上简要描述上述元件的各 自作用。宽带阻抗匹配电路WIM允许增益可控制的输入级LNA在较宽的频率范围上具有在期望的阻抗范围内的输入阻抗。所述期望的阻抗范围通常具 有50欧姆或75欧姆的中心值。因此，当输入连接到线缆网络时，增益可控 制的输入级LNA将只在较小程度上反射信号。另外，增益可控制的输入级 LNA在较宽的频率范围上具有较小的回波损耗(return loss)。例如，宽带阻抗匹配电路WIM可以包括以所谓的L结构、T结构或n结构或者这些结构 的任意组合连接的各种电感和电容。电阻R1、 R2、 R3、 R4和R5以及电感L1和L2允许偏置电流IB流过输入 晶体管Q1。偏置电流IB取决于电阻R1、 R2、 R3、 R4和R5以及控制接口电 路CIC提供的可控制的二极管偏执电压VDC的各个值。电阻R3和R4、电容 C1和电感L1构成输入晶体管Q1的集电极和基极之间的反馈电路。连接在 输入晶体管Q1的发射极和信号地之间的电阻R5也提供一定的信号反馈。输入晶体管Q1提供基本上由这些反馈元件确定的信号增益。电感L2构成 输入晶体管Q1的集电极负载阻抗。放大的输入信号呈现在输入晶体管Q1的集电极处。信号分离电路SPC 将放大的信号分成两部分。 一部分流到环通输出LT。另一部分通过衰减器 流到输出SO。因而，输出S0接收输入晶体管Q1提供的衰减版的放大信号。两个二极管D1和D2形成呈现在输入晶体管Q1和输出S0之间的衰减 器的核心。所述衰减器进一步包括电感L3和L4、电容C2、 C3、 C4和C5以 及电阻R6、 R7、 R8、 R9、 RIO、 R11和R12。电阻R6和R7形成分压器，所述分压器连接在电源通路VCC和信号地 通路GND之间。这个分压器提供上二极管偏置电压VDU。相似地，电阻 R11和R12形成另一分压器，所述另一分压器提供下二极管偏置电压VDL。 所述上二极管偏置电压VDU优选地为两个二极管结电压，其高于下二极管
偏置电压VDL。二极管D1具有阳极和阴极，所述阳极通过电感L3接收上二极管偏置 电压VDU，所述阴极通过电阻R9和电感L4接收可控制的二极管偏置电压 VDC。 二极管D2具有阳极和阴极，所述阳极通过电阻R9、电感L4和电阻 R10接收可控制的二极管偏置电压VDC，所述阴极接收下二极管偏置电压 VDL。电感L3和L4提供在防止信号传送的意义上去耦的信号。电容C2和C5 提供在防止直流传送的意义上的直流去耦。电容C3、 C4和C6提供在短路 至信号地的意义上的信号地耦合。当可控制的二极管偏置电压VDC具有较高值时，增益可控制的输入级 LNA以低增益模式操作。例如，当可控制的二极管偏置电压VDC高于上二 极管偏置电压VDU时，采用低增益模式。恢复(recall)成二极管D1的阳 极接收上二极管偏置电压VDU、阴极接收可控制的二极管偏置电压VDC。 因此，在低增益模式下，二极管D1的阳极接收的电压比阴极接收的电压低。 结果，二极管D1将基本上不导通，因而将构成较高的阻抗。相反，二极管 D2将基本上导通，因而将构成较低的阻抗。这是因为二极管D2的阳极接 收的可控制的二极管偏置电压VDC比阴极接收的下二极管偏置电压VDL 高至少一个二极管结电压。在低增益模式下，从输入晶体管Ql到输出SO将存在较多的衰减。电 阻R8和R10基本上确定该衰减。在低增益模式下，二极管D1可以被看作开 路、二极管D2可以被看作短路。当可控制的二极管偏置电压VDC具有较低值时，增益可控制的输入级 LNA以高增益模式操作。例如，当可控制的二极管偏置电压VDC低于下二 极管偏置电压VDL时，采用高增益模式。二极管D1将基本上导通，因而 构成较低的阻抗。这是因为二极管D1的阳极接收的上二极管偏置电压 VDU比阴极接收的可控制的二极管偏置电压VDC高至少一个二极管结电 压。相反，二极管D2将基本上不导通，因而构成较高的阻抗。这是因为二 极管D2的阴极接收的下二极管偏置电压VDL比阳极接收的可控制的二极 管偏置电压VDC高。在高增益模式下，从输入晶体管Ql到输出SO将存在较小的衰减。在
高增益模式下，二极管D1可以被看作短路、二极管D2可以被看作开路。电阻R8和R10几乎没有影响并且不导致任何显著的信号损耗。在高增益模式下，增益可控制的输入级LNA提供从输入SI到输出SO 的信号增益。这个信号增益基本上与输入晶体管Q1提供的信号增益相对 应。信号增益降低调谐器TUN对数字视频记录器DVR的接收灵敏度的影响 程度。任何调谐器噪声将起较小的作用。相反，增益可控制的输入级LNA 产生的任何噪声将起到较重要的作用。也就是说，在高增益模式下，增益 可控制的输入级LNA将基本上确定接收灵敏度。流过输入晶体管Q1的偏置电流IB基本上确定增益可控制的输入级 LNA产生的噪声。在特定的偏置电流范围内，所述噪声较小。这个低噪声 偏置电流范围不是必须与另一偏置电流范围一致，所述另一偏置电流范围 是在低增益模式中输入晶体管Q1优选操作的范围。在图2中所示的增益可控制的输入级LNA中，输入晶体管Q1的偏置电 流IB取决于可控制的二极管偏置电压VDC，所述可控制的二极管偏置电压 VDC施加到提供可控制的衰减的两个二极管D1和D2。所述可控制的二极 管偏置电压VDC通过电阻R2影响偏置电流IB。当可控制的二极管偏置电 压VDC降低时，电阻R2导致偏置电流IB降低。结果，偏置电流IB在高增 益模式下比在低增益模式下低。偏置电流IB的降低减小了输入晶体管Q1 产生的噪声。这样，增益可控制的输入级LNA在高增益模式下将具有较好 的噪声特性。此外，如前面所解释的，数字视频记录器将具有较好的接收 灵敏度。前面描述的低增益模式和高增益模式是两个极端的例子。增益可控制 的输入级可以在位于这两个极端之间的多种不同的模式下操作。在这方 面，需要指出的是，控制接口电路CIC可以根据增益控制值VG以连续的方 式调节可控制的二极管偏置电压VDC。控制接口电路CIC也可以以离散的 步骤调节可控制的二极管偏置电压VDC。前面已经提到图l中示出的调 谐器TUN的自动增益控制电压Vagc可以构成增益控制值VG。在这种情况 下，控制接口电路CIC可以包括直流移位电路和反相器(如果需要)。下表示出了这里包括的增益可控制的输入级LNA的信号增益和输入 晶体管Q1的偏置电流IB之间的关系的例子。 信号增益偏置电流(IB)-15.0 dB70 mA-10.0 dB62 mA-5.0 dB58 mA0.0 dB45 mA+5.0 dB25 mA总结评述前面参照附图的详细描述示出了在权利要求l中列举的下列特征。接收器(DVR)具有输入级(LNA)，所述输入级(LNA)在从输入(SI) 到输出(SO)的信号方向上包括输入晶体管(Ql)和衰减器(Dl、 D2、 R7-R12、 C2-C5)。衰减器提供取决于控制信号(VDC)的衰减。晶体管 偏置电路(R2)根据控制信号来偏置输入晶体管。前面的详细描述进一步示出了在权利要求2中列举的下列可选特征。 响应于导致衰减减小的控制信号(VDC)的变化，晶体管偏置电路(R2) 降低流过输入晶体管(Ql)的偏置电流(IB)。在多种实施方式中，这种 与衰减相关的偏置降低了弱信号环境下输入晶体管噪声。前面的详细描述进一步示出了在权利要求3中列举的下列可选特征。 衰减器(Dl、 D2、 R7-R12、 C2-C5)包括串联二极管(Dl)，连接在输 入晶体管(Ql)和输出(SO)之间；并联二极管(D2),连接在输出(SO) 和信号地(GND)之间。二极管偏置电路(R9、 L4)根据控制信号(VDC) 来偏置串联二极管和并联二极管。这些特征允许低失真信号衰减。前面的详细描述进一步示出了在权利要求4中列举的下列可选特征。 衰减器(Dl、 D2、 R7-R12、 C2-C5)包括并联电阻(R8)，与串联二极 管(Dl)并联连接；和串联电阻(RIO)，与并联二极管(D2)串联连接。 这些特征进一步有助于低失真信号衰减。前面的详细描述进一步示出了在权利要求6中列举的下列可选特征。 接收器包括调谐器(TUN)，所述调谐器(TUN)从输入级(LNA)的输 出(SO)接收输入信号(RJFGC)。调谐器(TUN)包括提供自动增益控
制信号(Vagc)的自动增益控制电路(AGC)。接收器包括连接电路(CIC)，所述连接电路(CIC)从调谐器的自动增益控制信号中得到用于输入级(LNA)的控制信号(VDC)。这些特征允许有成本效益地实施。上述的特征可以以多种不同的方式实施。为了说明此，简要地指出一些变型(替代实施方式)。输入晶体管可以为场效应晶体管或者任何其它类型的晶体管。偏置电路可以包括有源元件。例如，假设修改图l中示出的增益可控制的放大器 LNA，使得输入晶体管Q1为PNP晶体管而不是NPN晶体管。在这种情况下， 偏置电路可以包括反相晶体管，从而当衰减下降时实现PNP晶体管的偏置 电流下降。衰减器可以为基于晶体管的衰减器或者其它类型的衰减器。衰减所依 赖的控制信号可以是电流而非电压。在这方面，需要指出的是，在图2中 示出的增益可控制的放大器LNA接收的增益控制值VG可以为数字值。这 样的数字值可以产生于包括在数字视频记录器DVR中的控制器。可选地， 增益可控制的放大器LNA可以包括信号电平检测器，所述信号电平检测器 提供增益控制值VG。在这样的实施方式中，增益控制值VG不需要来自另 一功能实体。虽然在图2中示出的增益可控制的输入级LNA中的信号分离电路SPC 允许信号环通，但是这样的信号分离电路在不需要信号环通的实施方式中 可以被省略。虽然增益可控制的输入级LNA在可连接线缆网络的接收器(例如，图1示出的数字视频记录器DVR)中是特别有益的，但是增益可 控制的输入级LNA可以有益地用在其它类型的接收器中。有多种通过硬件项或软件项或者既通过硬件项又通过软件项来实现 功能的方式。在这方面，附图是很示意性的，每个附图只代表本发明的一 个可能实施例。因此，虽然附图用不同的方框示出不同的功能，但是这不 排除单个硬件项或单个软件项执行多个功能。这也不排除硬件项的组合或软件项的组合或者i!件项和软件项两者的组合执行一个功能。这里所作的评述表明参照附图的详细描述示例而非限制本发明。存在 多种落入权利要求范围内的替换。在权利要求中的任何标号不应理解为限 制权利要求。词语"包括"不排除存在除了列在权利要求中的元件和步骤之 外的其它元件或步骤的存在。单数的元件或步骤不排除存在多个这样的元 件或步骤。
权利要求
1.一种具有输入级(LNA)的接收器(DVR)，所述输入级(LNA)在从输入(SI)到输出(SO)的信号方向上包括输入晶体管(Q1)；和衰减器(D1、D2、R7-R12、C2-C5)，所述衰减器(D1、D2、R7-R12、C2-C5)提供取决于控制信号(VDC)的衰减，所述输入级包括晶体管偏置电路(R2)，所述晶体管偏置电路(R2)被布置成根据所述控制信号来偏置所述输入晶体管。
2. 根据权利要求l所述的接收器，所述晶体管偏置电路(R2)被布 置成响应于导致衰减减小的所述控制信号(VDC)的变化，减小流过所 述输入晶体管(Ql)的偏置电流(IB)。
3. 根据权利要求l所述的接收器，所述衰减器(Dl、 D2、 R7-R12、 C2-C5)包括串联连接的二极管(Dl)，连接在所述输入晶体管(Ql)和所述输出 (SO)之间；并联连接的二极管(D2)，连接在所述输出(SO)和信号地(GND) 之间；禾口二极管偏置电路(R9、 L4)，所述二极管偏置电路(R9、 L4)被布置 成根据所述控制信号(VDC)偏置所述串联连接的二极管和所述并联连接 的二极管。
4. 根据权利要求3所述的接收器，所述衰减器(D1、 D2、 R7-R12、 C2-C5)包括并联连接的电阻(R8)，与所述串联连接的二极管(Dl)并联连接； 串联连接的电阻(RIO)，与所述并联连接的二极管(D2)串联连接。
5. 根据权利要求l所述的接收器，所述接收器包括调谐器(TUN)， 所述调谐器(TUN)被连接成从所述输入级(LNA)的所述输出(SO) 接收输入信号(RFGC)。
6. 根据权利要求5所述的接收器，所述调谐器(TUN)包括提供自动 增益控制信号(Vagc)的自动增益控制电路(AGC)，所述接收器包括连接电路(CIC)，所述连接电路(CIC)被布置成从所述调谐器的所述自动增益控制信号中得到用于所述输入级(LNA)的所述控制信号(VDC)。
7. 根据权利要求l所述的接收器，所述输入级(LNA)包括连接在所 述输入(SI)和所述输入晶体管(Ql)之间的宽带阻抗匹配电路(WIM)。
8. —种操作具有输入级(LNA)的接收器(DVR)的方法，所述输 入级(LNA)在从输入(SI)到输出(SO)的信号方向上包括-输入晶体管(Ql);禾B '衰减器(Dl、 D2、 R7-R12、 C2-C5)，所述衰减器(Dl、 D2、 R7-R12、 C2-C5)提供取决于控制信号(VDC)的衰减， 所述方法包括晶体管偏置步骤，在所述晶体管偏置步骤中，根据所述控制信号来偏 置所述输入晶体管(Ql)。
全文摘要
一种具有输入级(LNA)的接收器，所述输入级(LNA)在从输入(SI)到输出(SO)的信号方向上包括输入晶体管(Q1)和衰减器(D1、D2、R7-R12、C2-C5)。所述衰减器提供取决于控制信号(VDC)的衰减。所述输入级包括晶体管偏置电路(R2)，所述晶体管偏置电路(R2)根据所述控制信号来偏置所述输入晶体管。
文档编号H03G3/30GK101164231SQ200680003471
公开日2008年4月16日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年1月31日
发明者埃夫西米奥斯·奇利乌克斯 申请人:Nxp股份有限公司