专利名称：放大级的制作方法
技术领域：
本发明涉及放大级，并且具体地涉及用于无线电接收机的放大级，它 允许由接收信号来形成信号强度测量值。
背景技术：
在无线电接收机中，诸如FM无线电信号之类的输入高频无线电信号 被转换成具有中频(IF)的信号，然后该信号被放大，并被传递到从无线 电信号重现比如基带音频之类的信息的解调器。通常，无线电装置(radio) 需要作为接收机调谐算法(像搜索调谐)的一部分的接收信号强度信息(RSSI)。另一方面，解调器也需要该RSSI信息，从而成功重现基带信息。 假定解调器不需要给接收机添加任何附加信道选择性，频率调制(FM)信号中的信息只出现在IF信号的相位(或"零交叉")中。因此，硬 限幅IF放大器(hard-limiting IF amplifier)可以用于放大来自IF滤波器的信 号。IF放大器的增益通常在50-90dB的范围中，这取决于具体的接收机体 系结构。由于这种高增益，放大中引入的任何直流偏移(offset)可以导致不 期望的不对称限幅，或者更坏地，完全阻塞对弱IF输入信号的放大。在集成电路(IC)工艺中，由于各个元件的匹配误差，引入了偏移电 压和电流，并因此偏移固有地存在于所有电路中。该IF放大器和限幅器通常由单独的限幅放大器级的级联组成。每一个 限幅放大器允许低于设置值的信号通过，并且对超过该设置值的较信号的 峰值进行箝位。在这种级联中，己知从每一个放大器级输出RSSI信息，并 且对各个测量值进行求和以便到达最终值。因此，每一个单独的放大器中 出现的任何直流偏移都将影响测量的RSSI信号的精度。在US2006/046677中描述了这种类型的IF限幅器和放大器。减小或避免直流电压和电流不期望地转换成RSSI信号的一种方式是
在一些放大器级之间使用耦合电容器，或者在几个限幅放大器级周围应用低频反馈回路(feedback loop)。在这些解决方法中，耦合电容器趋向于具有较大的值，以便将低频噪 声保持在充分低的电平处，以及将群延迟脉动(group-delayripple)保持在可接受的范围中。该群延迟脉动对于检测的音频畸变而言是主导参数。 出于相同的原因，低频反馈回路中的电阻器和电容器也趋向于具有大的 值。遗憾的是，大数值的(large-valued)元件占用了不期望的大的芯片面 积，并提供了不期望的寄生效应。为此，在RSSI精度与群延迟畸变以及消 耗的芯片面积之间存在折衷，这不容易解决，并且趋向于导致相当大的 RSSI误差或较差的群延迟和噪声性能。因此，本发明的目的是减小限幅放大器级中的直流偏移，从而避免或 减小对于耦合电容器或低频反馈回路的需要。发明内容依据本发明的第一方面，提供一种放大器，包括以级联形式布置的 多个放大器级；以及与多个放大器级的至少一个放大器级的输出相关联的取决于频率的负载，该取决于频率的负载适用于减小所述至少一个放大器 级的输出中的电压或电流偏移。这导致减小至少一个放大器级的输出处的 直流偏移。优选地，存在与多个放大器级的每一个放大器级的输出都关联的取决 于频率的负载。这允许减小每一个放大器级的输出处的直流偏移。优选地，该取决于频率的负载包括负载放大器。优选地，该负载放大器包括两级反馈放大器。在优选实施例中，该取决于频率的负载适用于减小低于中频的频率处 的噪声。优选地，对于低于中频的频率，相关联的放大器级的放大倍数小于1。 优选地，对于低于中频的频率，相关联的放大器级的放大倍数远小于优选地，该取决于频率的负载进一步适用于使中频处的信号基本上不
改变地通过。优选地，放大器进一步包括连接至所述多个放大器级的每一个放大器 级的输出的各个接收信号强度指示检测电路。优选地，存在加法电路，它 用于接收所述检测电路的每一个的输出和用于对输出进行求和以便提供 接收信号强度指示。依据本发明的第二方面，提供一种硅集成无线电接收机，包括如上面 所述的放大器。参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚，并参 照这些的实施例来阐述本发明的这些和其它方面。
现在参照下面的附图以例子的方式描述本发明，在附图中 图1示出了依据本发明的IF放大器的方块示意图； 图2示出了依据本发明的取决于频率的负载的方块图； 图3示出了依据本发明的理想的取决于频率的负载的等效电路； 图4是依据本发明的实施例的放大器级、取决于频率的负载和RSSI检测电路的电路图；以及图5是依据本发明的实施例的放大器中第一放大器级和取决于频率的 负载的电路图。
具体实施方式
在下面，IF放大器将被描述用于硅集成FM无线电接收机。然而， 本领域熟练技术人员可以理解，本发明可被应用于其它类型的无线电接收机。图1示出了依据本发明的IF放大器2的方块示意图。如上所述，放大 器2包括限幅放大器级的级联4。以级联形式布置这些限幅放大器级。以 级联4示出第一限幅放大器级6和第二限幅放大器级8，其中放大器级6 ， 8以级联形式连接。尽管在图1中示出的级联4中仅描述了两个放大器级， 但是可以理解，在实际的IF放大器2中可能使用多于两个的放大器级。级联4的第一限幅放大器级6在IF信号输入端10接收IF信号，对其 进行放大并传送到第二限幅放大器级8，等等，直至在IF信号输出端12 从IF放大器2输出放大的信号。依据本发明的一个方面，取代从一个或每一个限幅放大器级直接输出接收信号强度指示(RSSI)，各个接收信号强度指示(RSSI)检测器14， 16被连接至级联4中的每一个限幅放大器级6， 8的输出60， 80。 RSSI 检测器14， 16从它们的各个限幅放大器级6， 8的输出60， 80提取RSSI 信息。RSSI信息通过每一个RSSI检测器14， 16传递至加法块18，该加 法块将检测信号电平加在一起。加法块18然后在输出端20提供接收信号 强度指示信号。如上面提到的，由于限幅放大器级6， 8中使用的各个元件的匹配误差 的缘故，在IF放大器2中引入了偏移电压和电流。因此，期望减小限幅 放大器级中的该偏移，从而避免或减小对耦合电容器或低频反馈回路的需要。因此，依据本发明，取决于频率的负载被提供用于限幅放大器级6， 8 的至少一个，以便减小电压和/或电流偏移。在本发明的优选实施例中， 取决于频率的负载以这样的方式工作使相关联的限幅放大器级对零和低 频处信号的放大倍数小于l，而基本上不对中频处信号的放大倍数有影响。 换句话说，中频处的信号被各个限幅放大器级正常地放大。在本发明的进一步优选的实施例中，取决于频率的负载以这样的方式工作使相关联的限幅放大器级对零和低频处信号的放大倍数远小于(much less than) 1。 在本发明的进一步优选的实施例中，并且如图l中所示，IF放大器2中限幅放大器级6， 8的每一个具有连接至它们的各自输出端60， 80的相应取决于频率的负载22， 24。在它的基本(理想)形式中，通过无源L,R和C电路来模型化取决于频率的负载。然而，通过使用反馈放大器，在实际(也就是在芯片上)中实现该模型，该反馈放大器在这里被称作"负载放大器"。这些负载放大器不得不在全部信号电平下作为纯线性放大器而工作，以便充分地实施L，R和C模型。在本发明的优选实施例中，负载放大器被实施为两级反馈放大器。在 该实施例中，最终的负载特征可被设计成使它们对群延迟具有可忽略的效 应，并且可以用小的电容器值来实现，从而减小使用的芯片上的面积。图2是依据本发明的包括两级反馈放大器的负载放大器22，24的方块图。在该图中，零器(nullor)块102表示具有等于零的全部四个传输参数 的网络元件。这些传输参数的逆是熟知的参数，电压增益因数、电流增益 因数、导纳和互阻抗。对于理想的nullor，全部这些逆传输参数是无穷大。块104表示具有-l/m的值的精确固定的电流增益因数aE的放大器，其 中m是恒定值，并且优选在从1至10的范围中。块104强制输出电流I。ut 等于I。/m，其中I。表示流进零器102的输出端的电流。求解与图2中的结构相关联的方程，导致下面针对输入阻抗的表达式。通过下面的方程给出图2中的负载放大器的负载输入阻抗ZlMd:Zl。acT J P (1)PLP+Rp其中通过下式给出Lp和Rp:p p m+l因此，负载放大器22， 24的所述实施方式的频率响应特性导致接收的 IF信号中的低频噪声被充分滤波，而直流偏移被全部抑制，期望的IF频 率处的噪声电平基本上不被负载放大器改变。这些方程表示出负载放大器的负载阻抗等效于在图3中所示的理想电路。图3示出了依据本发明的理想的取决于频率的负载的L-R等效电路。 该电路包括与具有值Rs的电阻器串联连接的具有值Ls的电感器，这两个元件被并联至第二电阻器Rp。在该理想情况中，Rs将是零。因此，通过 将如在图3中所示的等效负载电路连接至级联4中的每一个限幅放大器级 6， 8的输出，通过电感器U可以有效去除这些输出的每一个处的直流偏 移。然而，在取决于频率的负载的实际晶体管实施方式中，等效串联电阻 器Rs将不是零，并因此将仅是直流偏移电压的有限抑制(也就是直流偏 移将不被取决于频率的负载全部去除)。 图4是示出了依据本发明的限幅放大器级、相关联的取决于频率的负 载和RSSI检测电路的优选实施方式的电路图。尽管示出了具体的电路布置，本领域熟练技术人员可以理解，利用可 替代的电路部件和/或不同的电路布置可以实施本发明。在图4中，示出了第二限幅放大器级8 (它是限幅放大器级的级联中 的第二放大器级)，与RSSI信号检测电路16和取决于频率的负载24相关 联。然而，可以理解，图4可以表示在图1中示出的IF放大器2中的任何其它级。第二限幅放大器级8包括被布置为不同对的一对晶体管202， 204。因 此，晶体管202， 204具有在电压源+Vec和它们的集电极端之间连接的各 个电阻器206， 208。输入至限幅放大器8的输入信号In+和In-被分别连 接至晶体管202， 204的基极端。在晶体管202， 204的集电极端和各个电 阻器206， 208之间连接限幅放大器8的输出信号Out+和Out-。晶体管202， 204的发射极端被连接至电流源210。依据本发明，取决于频率的负载，在这种情况中的负载放大器24被连 接至第二限幅放大器级8，从而减小限幅放大器8的输出中的直流偏移。该负载放大器24是在图2中示出的取决于频率的负载的电路实施方 式。该负载放大器24具有三个差动对，包括与晶体管212b成对的晶体管 212a，与晶体管214b成对的晶体管214a，以及与晶体管216b成对的晶体 管216a。晶体管214a和214b的集电极电流是晶体管212a和212b的集电 极电流的成比例的拷贝(scaled copies)。这些电流的比例为因数m,它表 示图2中的方块104的电流增益因数(Xfm。分别在晶体管212b和216a 的集电极和基极端之间连接电容器218。类似地，分别在晶体管212b和 216a的集电极和基极端之间连接电容器220。晶体管212a,212b,214a和214b的发射极端被连接至电流源222。晶体 管216a和216b的发射极端被连接至电流源224。晶体管214a,214b的集电极端被分别连接至限幅放大器8的输出Out+ 和Out-。晶体管216a和216b的基极端经由各个电阻器226和228也连接 至限幅放大器8的输出(分别是Out-和Out+)。晶体管212a,212b的集电极端经由各个电阻器230和232连接至电压 源+V『晶体管216a的集电极端被连接至晶体管212a和214a的基极端， 并经由电阻器234连接至电压源+Vec。晶体管216b的集电极端连接至晶 体管212b和214b的基极端，并经由电阻器236连接至电压源+Vcc。取代利用限幅放大器级8中的差动对来提取RSSI信息，RSSI检测电 路16用于从限幅放大器级8的输出提取RSSI信息。RSSI检测电路16包括晶体管240， 242， 244和246。每一个晶体管 的发射极端被连接至电流源248。在限幅放大器级8的输出Out+和Out-之间连接包括电阻器250和252的分压器。分压器的输出被连接至晶体管 244和246的基极端。晶体管240和242的基极端分别连接至限幅放大器8的输出Out-和 Out+。晶体管240和242的集电极端提供RSSI信号输出RSSI+，并且晶 体管244和246的集电极端提供RSSI信号输出RSSI-。可以理解，由于通过它们的各个取决于频率的负载22， 24，在每一个 限幅放大器级6， 8的输出60， 80处去除电压和/或电流偏移，在第一限 幅放大器级6的输入处存在特殊的情况。第一限幅放大器级6的输入处存在的偏移必须被线性放大至它的输入 60，从而使取决于频率的负载22 (负载放大器)充分地去除偏移，而不 影响IF信号响应。因此，第一限幅放大器级6优选具有比其它限幅放大 器级更大的线性输入范围。在优选实施例中，第一限幅放大器级6包括三级组合电路(three-stage multitan circuit),它可以线性处理大至50mV的输入偏移电压，并且该输 入放大器的输处的得到的偏移可被充分去除。其它限幅放大器级不需要延伸的线性输入范围，因为通过取决于频率 的负载充分减小了这些级的输入处的偏移。图5是依据本发明的实施例的具有延伸的线性输入范围的限幅放大器 级和放大器中的取决于频率的负载的电路图。再次地，尽管示出了具体的电路布置，本领域熟练技术人员可以理解， 利用可替代的电路部件和/或不同的电路布置可以实施本发明。在图5中，示出了第一限幅放大器级6，与RSSI信号检测电路14和 以负载放大器22为形式的取决于频率的负载相关联。
如上面提到的，在该实施例中，通过组合差动级(multitan differential states)实现限幅放大器6。限幅放大器6包括三个差分晶体管对，晶体管 302a和302b形成第一对，晶体管304a和304b形成第二对，晶体管306a 和306b形成第三对。输入信号In+被供给至晶体管302a，304a和306a的 基极端，并且输入信号In-被供给至晶体管302b,304b和306b的基极端。相比较于上面所述的第二限幅放大器级8中的单独的差分对，放大器 级6具有从输入线In+和In-上接收的输入电压至线Out-和Out+上的信号 输出的更线性的变换(经由各个电阻器308， 310)。为此，较大的输入信 号可被处理，因此增大了放大器6的动态范围。晶体管304a和306b占据 其它晶体管302a,302b，304b和306a的七倍的面积。尾电流(tail current)316 和314具有尾电流312的两倍的值。该面积比(area ratio)和尾电流比(tail current ratio)导致从输入电压至输出电压的最佳线性变换。第一差动对的晶体管302a和302b的发射极被连接至电流源312。第 二差动对的晶体管304a和304b的发射极被连接至电流源314。第三差动 对的晶体管306a和306b的发射极经由电流源316接地。晶体管302a,304a和306a以及302b,304b和306b的集电极端经由各个 电阻器318， 320被连接至电压源+Vec。在输出Out+和Out-之间连接电容器322。输出Out-和Out+被连接至 各个电流源324和326。负载放大器22是在图2中示出的取决于频率的负载的电路实施方式。 对应于在下面描述的负载放大器22中的元件的图4的负载放大器24中的 元件被给出相同的参考数字。负载放大器22具有四个差动对，包括与晶 体管212b成对的晶体管212a，与晶体管214b成对的晶体管214a，与晶 体管216b成对的晶体管216a以及与晶体管328b成对的晶体管328a。分 别在晶体管212b和216a的集电极和基极端之间连接电容器218。同样地， 分别在晶体管212a和216b的集电极和基极端之间连接电容器220。通过分别包括电阻器330， 332; 334， 336和338， 340的各个分压器， 晶体管212a和212b， 214a和214b，以及328a和328b的发射极端被连接 在一起。分压器的输出被连接至各个电流源342， 344和346。晶体管216a 和216b的发射极端被连接至电流源224。
晶体管214a和214b的集电极端被分别连接至限幅放大器6的输出 Out+和Out-。晶体管216a和216b的基极端经由各个电阻器226和228也 连接至限幅放大器8的输出(分别是Out-和Out+)。晶体管212a和212b的集电极端经由各个电阻器230和232被连接至 电压源+V。e。晶体管216a的集电极端被连接至晶体管212a和214a的基极 端，并经由电阻器234被连接至电压源+Vee。晶体管216b的集电极端被 连接至晶体管212b， 214b和328b的基极端，并经由电阻器236被连接至电压源+Vec。晶体管328a的集电极端被连接至晶体管216b的集电极，并且晶体管 328b的集电极端被连接至晶体管216a的集电极。取代利用限幅放大器级6中的差动对来提取RSSI信息，RSSI检测电 路14用于从限幅放大器级6的输出提取RSSI信息。在限幅放大器6的输 出端Out+和Out-之间连接RSSI检测器电路14，并且它对应于在图4中 示出的电路16。尽管己经在附图和前面的说明中详细地示出并阐述了本发明，但是这 种示出和阐述应该被认为是描述性或示范性的，而非限制性的；本发明并 不局限于公开的实施例。例如，尽管本发明己被描述为用于硅集成FM无 线电接收机的IF放大器，但是本发明也可被应用于其它类型的无线电接 收机，包括具有或不具有RSSI提取的信号通路(尽管通常在接收机的IF 信号通路中)中的限幅放大器的级联。从对附图、公开内容和附加权利要求的研究，实现要求保护的发明的 本领域熟练技术人员可以理解并进行对于公开的实施例的各种变形。在权 利要求中，文字"包括"不排除其它元件或步骤，并且不定冠词"一"或"一个" 不排除多个。单个处理器或其它单元可以履行在权利要求中叙述的几个项 目的功能。在相互不同的独立权利要求中叙述某些测量值的纯粹事实不表 示这些测量值的组合不能被用于体现出优点。计算机程序可被存储/分布 在合适的介质上，比如与其它硬件一起或作为其它硬件的一部分被提供的 光学存储介质或固态介质，但也可以以其它形式分布，比如经由因特网或 其它有线或无线电通信系统。权利要求中的任何参考符号不被解释为对范 围的限制。
权利要求
1、一种放大器，包括以级联形式布置的多个放大器级；以及与多个放大器级的至少一个放大器级的输出相关联的取决于频率的负载，该取决于频率的负载适用于减小所述至少一个放大器级的输出中的电压或电流偏移。
2、 如权利要求1所述的放大器，其中存在与所述多个放大器级的每 一个放大器级的输出都关联的取决于频率的负载。
3、 如权利要求1或2所述的放大器，其中取决于频率的负载包括负 载放大器。
4、 如权利要求3所述的放大器，其中负载放大器包括两级反馈放大器。
5、 如任一前述权利要求所述的放大器，其中取决于频率的负载适用 于减小低于中频的频率处的噪声。
6、 如权利要求5所述的放大器，其中对于低于中频的频率，相关联 的放大器级的放大倍数小于1。
7、 如权利要求6所述的放大器，其中对于低于中频的频率，相关联 的放大器级的放大倍数远小于1。
8、 如权利要求5、 6或7所述的放大器，其中取决于频率的负载进一 步适用于基本上不改变地使中频处的信号通过。
9、 如任一前述权利要求所述的放大器，进一步包括连接至所述多个 放大器级的每一个放大器级的输出的各个接收信号强度指示检测电路。
10、 如权利要求9所述的放大器，进一步包括加法电路，用于接收所 述检测电路的每一个的输出并对输出进行求和以便提供接收信号强度指 示。
11、 一种硅集成无线电接收机，包括如任一前述权利要求所述的放大器。
12、 如权利要求ll所述的硅集成无线电接收机，其中无线电接收机 用于接收FM无线电信号。
全文摘要
提供一种放大器，包括以级联形式布置的多个放大器级；以及与多个放大器级的至少一个放大器级的输出相关联的取决于频率的负载，该取决于频率的负载适用于减小所述至少一个放大器级的输出中的电压或电流偏移。
文档编号H03F3/48GK101401300SQ200780008465
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年3月9日
发明者亨德瑞卡斯·C·诺塔 申请人:Nxp股份有限公司