低噪声区块转换器集成电路、转换器及卫星接收系统的制作方法

本申请主张在2019年5月23日提出申请号为16/421,285的美国申请的优先权。本申请主张在2018年6月29日提出申请号为62/691,615的美国临时申请的优先权。上述专利申请的全文并入本文供参考且构成本说明书的一部分。

本发明涉及一种低噪声转换器，且更具体来说，涉及一种集成到单个芯片中的低噪声降频转换器。

背景技术：

在卫星广播系统中，从卫星广播射频(radiofrequency，rf)信号并通过天线接收射频信号。在广播系统的接收端处，使用低噪声区块(lownoiseblock，lnb)转换器(也可被称为lnb降频转换器或高频头转换器)来实行低噪声放大及频率转换，其中从卫星传送的rf信号(例如，10.7ghz到12.75ghz)被放大并转换成中间频率(intermediatefrequency，if)信号(例如，1ghz)。接着if信号被供应到机顶盒(set-top-box，stb)(也被称为调谐器(tuner))且最终到达电视或任何监视器(图像显示电子装置)以显示嵌在rf信号中的信息。

lnb转换器安装在卫星接收天线的反射焦点(reflectionfocalpoint)处。lnb转换器的尺寸一般必须为小的，然而，处理从卫星传送的rf信号需要许多分散的组件。此外，为了能够进行信号解调，对rf信号的图像频谱进行抑制(图像抑制，亦称镜像抑制)。图像抑制的许多实施方案是由以印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)级实施的滤波器在保持良好的噪声系数(noisefigure，nf)的同时完成的。举例来说，在接收rf信号的探测器件(probe)与频率转换极化组件之间常常使用低噪声放大器(low-noiseamplifier，lna)。为了实现良好的信噪比(noisetosignalratio)，常常使用离散的lna。然而，pcb组件为大的，且会增加lnb转换器的复杂度。

本文中的内容均不应被视作承认现有技术中的知识作为本发明的任何部分。此外，在本申请中对任何文献的引用或标识均不旨在承认此文献可作为本发明的现有技术、或是旨在使任何参考文献形成所属领域中的一般常识的一部分。

技术实现要素：

本公开涉及一种集成在集成电路上的低噪声区块转换器，所述低噪声区块转换器使印刷电路板(pcb)级离散电子组件的使用最小化，且同时，低噪声区块利用芯片上极化保持良好的噪声系数。

在一些示例性实施例中，一种低噪声区块(lnb)转换器集成在集成芯片中。所述低噪声区块转换器包括低噪声放大器(lna)集成电路(ic)，所述低噪声放大器集成电路包括第一低噪声放大电路、第二低噪声放大电路、射频路径选择器以及信号降频转换器。所述低噪声区块集成电路包括第一引脚及第二引脚，所述第一引脚及所述第二引脚直接或间接耦合到天线以分别接收所述射频信号的第一极化及第二极化。所述第一低噪声放大电路耦合到所述第一引脚以接收所述第一极化信号，且被配置成从所述第一极化信号局部地移除图像信号并产生第一经放大及滤波极化信号。所述第二低噪声放大电路耦合到所述第二引脚以从所述天线接收所述第二极化信号，且被配置成从所述第二极化信号局部地移除所述图像信号并产生第二经放大及滤波极化信号。所述射频路径选择器耦合到所述第一放大电路及所述第二放大电路，以指引所述第一经放大及滤波极化信号及所述第二经放大及滤波极化信号的路径。另外，所述信号降频转换器耦合在所述射频路径选择器与第一输出引脚之间，以在所述第一放大电路及所述第二放大电路之后局部地移除所述射频信号的剩余图像信号。

在一些示例性实施例中，一种卫星接收系统包括：天线、机顶盒以及耦合在所述天线与所述机顶盒之间的低噪声区块转换器。所述低噪声区块转换器包括能够通过所述放大电路及集成在所述放大电路上的信号降频转换器来实行图像抑制的低噪声区块集成电路。

为使本公开的以上特征及优点更易于理解，以下详细阐述附有图式的若干实施例。

然而应理解，此发明内容可不含有本发明的所有方面及实施例且并不意在以任何方式进行限制或约束，且所属领域中的普通技术人员会理解且将理解，本文中所公开的发明囊括对本发明的改进及润饰。

附图说明

本文包括附图以提供对本发明的进一步理解，且所述附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。图式示出本发明的实施例，且与本说明一起用于阐释本发明的原理。

图1示出根据本公开的某个示例性实施例的lnb转换器的方块图。

图2是示出根据本公开的某个示例性实施例的所接收的rf信号的图。

图3是根据本公开的一些示例性实施例的lna电路的方块图。

图4是根据本公开的一些示例性实施例的lna电路的方块图。

图5是示出根据本公开的一些示例性实施例的信号降频转换器的图。

图6是示出根据本公开的一些示例性实施例的lnb转换器的方块图。

图7是示出根据本公开的一些示例性实施例的双lnb转换器的方块图。

图8是示出根据本公开的一些示例性实施例的lnb转换器的方块图。

图9是示出根据本公开的一些示例性实施例的卫星接收系统的方块图。

具体实施方式

现将详细参照本发明的当前优选实施例，所述当前优选实施例的实例被示出于附图中。在图式及说明中尽可能使用相同的参考编号指代相同或相似的部件。

本公开通过将必要的组件集成到一个集成电路(芯片)上来减少离散组件的数目。具体来说，本公开通过芯片上lna电路与信号降频转换器的组合来对所接收的rf信号实行图像抑制，即两阶段图像抑制。首先通过内置在芯片上lna电路中的图像抑制滤波器对rf信号的图像频谱进行滤波以移除图像频谱(图像信号)的一部分。在图像抑制的第二阶段，通过信号降频转换器进一步对rf信号的图像频谱进行衰减。

在通信系统中，信号或信息是通过无线电波(也被称为射频(rf)信号)传送，其中信息嵌在无线电波的不同极化中。一般来说，信息是通过rf信号的水平极化及垂直极化传送。卫星天线将所接收的rf信号反射到焦点，在焦点处设置有具有两个探测器件的馈源喇叭(feedhorn)。探测器件被布置成分别接收水平极化rf信号及垂直极化rf信号。水平极化rf信号及垂直极化rf信号被传送到lnb转换器以进行信号放大、图像频谱滤波、频率转换等。经极化的rf信号被馈送到低噪声放大器(lna)中以进行信号放大。在信号放大之后，使用带通滤波器(bandpassfilter)对经放大的rf信号的图像频谱进行滤波。接着，将经放大及滤波信号传送到信号转换器以实行频率转换，从而将rf信号降频转换到机顶盒(stb)或调谐器的可接受频率范围。在传统的lnb转换器中，lna、带通滤波器及信号转换器是离散组件。

本公开将低噪声区块(lnb)转换器的离散组件集成到一个芯片上，此大大减小了离散组件所占据的面积，且同时改善了lnb转换器的噪声系数。在一些示例性实施例中，lnb转换器的离散组件的集成是指将一个集成电路(芯片)设计或配置成实现具有离散组件的lnb转换器的能力。目前，通过被设计成满足lnbnf要求而无lnb离散极化组件的新芯片来实现过去由外部离散组件实行的信号放大或处理。与pcb相比，空间对于芯片设计而言是重要的。换句话说，离散组件可能占据pcb上的面积，然而芯片的设计可能不具有此种空间。因此，与设置在pcb上的离散组件相比，芯片的设计在结构上将会不同，但会实现相同的功能及要求。通过将离散组件集成到一个芯片上，由于外部晶体管或组件减少，因此芯片的引脚输出要求降低。此外，离散组件所占据的面积也会减小。

图1示出根据本公开的某个示例性实施例的lnb转换器10的方块图。参照图1，lnb转换器10包括lnb集成电路(ic)100。lnbic100包括第一lna电路110、第二lna电路130、rf路径选择器150以及信号降频转换器170。本公开还可将第一lna电路110及第二lna电路130称为第一芯片上lna电路110及第二芯片上lna电路130。第一lna电路110耦合在lnbic100的第一引脚101(输入)与rf路径选择器150之间，以接收rf信号的第一极化。第二lna电路130耦合在lnbic100的第二引脚102(输入)与rf路径选择器150之间，以接收rf信号的第二极化。信号降频转换器170耦合在rf路径选择器150与lnbic100的输出引脚103之间。

在示例性实施例中，rf信号是通过天线11接收，其中rf信号的第一极化及第二极化(例如，水平极化及垂直极化)被分别传送到lnbic100的第一引脚101及第二引脚102。rf信号的第一极化及第二极化也可被称为第一极化信号及第二极化信号。在示例性实施例中，rf信号的第一极化及第二极化可直接或间接耦合到第一引脚101及第二引脚102。rf信号的第一极化通过第一引脚101被传送到第一lna电路110以进行信号放大。rf信号的第二极化通过第二引脚102被传送到第二lna电路130以进行信号放大。除了信号放大之外，第一lna电路110及第二lna电路130还被配置成具有图像抑制功能以移除rf信号(处于第一极化及第二极化中)的局部图像频谱。之后将详细阐述第一lna电路110及第二lna电路130的图像抑制。

接着，将差分形式(differentialform)的经放大及滤波rf信号传送到rf路径选择器150，rf路径选择器150能够选择rf信号的第一极化或第二极化。在示例性实施例中，rf路径选择器可为多路复用器或与维尔金森(wilkinson)组合器具有类似功能的组合器。然而，示例性实施例并非旨在限制rf路径选择器150的实施方案，而是可利用任何能够实现信号路径的选择的电路系统。

接下来，将所选择的rf信号从rf路径选择器150传送到信号降频转换器170。将信号降频转换器170配置成将所接收的rf信号降频转换成中间频率(if)信号，且可进一步对rf信号的图像频谱进行衰减或压制(suppress)。

在下文中，将详细阐述lnb转换器对所接收的rf信号进行处理的操作。

在所接收的rf信号中，可能会看到图像频谱现象，且因此需要进行图像抑制来滤除rf信号的不需要的部分且获得rf信号的需要的部分。图2是示出根据本公开的某个示例性实施例的所接收的rf信号的图。参照图2，需要的信号301及不需要的信号302以本地振荡器的本地频率303为中心。存在各种方式来对图像频谱进行抑制(图像抑制)。一种方式是：可使用复数混合器(complexmixer)完成图像抑制。实行图像抑制的另一种方式是：在降频转换之前使用带通滤波器或图像滤波器对不需要的频率进行滤波。在示例性实施例中，同时使用上述两种方法实现图像抑制，其中在lnbic上实施复数混合器及滤波器(为图像抑制滤波器)以抑制所接收的rf信号的不需要的图像频谱。

在示例性实施例中，图像抑制以两个阶段实行。在lna阶段(其中所接收的rf信号被放大)，可对局部图像频谱进行抑制。第二，在信号降频转换器170处，可进一步对剩余图像频谱进行衰减。在示例性实施例中的一者中，通过可调谐带通rf放大器传递函数与哈特利(hartley)图像抑制降频转换器的组合来获得图像抑制。以下将详细阐述示例性实施例的图像抑制。

图3是根据本公开的一些示例性实施例的lna电路110、lna电路130的方块图。在示例性实施例中，lna电路110、lna电路130分别被配置成实行信号放大及图像抑制。参照图3，lna110包括lna111及图像抑制滤波器113。lna111耦合到第一引脚101，以对rf信号的第一极化进行放大。接下来，使用滤波器113对rf信号的第一极化进行滤波，以移除图像频谱的一部分(局部图像抑制)。在示例性实施例中，lna111是基于具有电感退化性(inductivedegeneration)的级联公共源(cascadecommonsource)lna，且图像抑制滤波器113可为可调谐带通滤波器。

在示例性实施例中，lna111可包括晶体管、电容器、电阻器、电感器等的各种组合，所述晶体管、电容器、电阻器、电感器等被布置成在保持良好的噪声系数的同时对所接收的rf信号进行放大及滤波。由于离散芯片外lna被消除，且rf信号被直接馈送到芯片上lna电路110(130)，因此用于实施芯片上lna电路110(130)的晶体管及电感器被设计成具有高品质因子(qualityfactor)。

在示例性实施例中，lna电路110(130)的电感器可为硅电感器。在一些示例性实施例中，可使用引线结合(wirebonding)电感器来实施lna电路110(130)，其与硅电感器相比具有更好的品质因子。用于接收rf波的另一极化的lna电路130将具有类似结构以对rf信号的第二极化进行放大，且因此，此处不再重复其详细说明。

图4是根据本公开的一些示例性实施例的lna电路的方块图。在示例性实施例中，lna电路410是两级式lna，所述两式级lna包括输入级lna411及输出级lna412以及耦合在输入级lna411与输出级lna412之间的图像抑制滤波器413。

如上所述，使用信号降频转换器170进一步实现lnbic100的图像抑制，其中除了频率转换之外，进一步对图像频谱进行衰减。图5是示出根据本公开的一些示例性实施例的信号降频转换器570的图。在示例性实施例中，信号降频转换器570包括复数混合器571、本地振荡器572、本地振荡器多相转换器573、第一if放大器574及if多相滤波器575以及第二if放大器576。由rf路径选择器150选择的rf差分信号被输入到复数混合器571，其中复数混合器571(亦称图像抑制混合器)将rf差分信号与由本地振荡器572提供的本地频率进行混合。本地多相单元573将本地频率转换成复数信号，其中本地频率被转换成四个不同的相位，即0度、180度、90度及270度。接着，本地频率与从rf路径选择器150接收的rf差分信号进行混合，从而将rf差分信号转换成if差分信号。

接下来，if差分信号被输入到第一if放大器574以进行信号放大，且接着输入到if多相滤波器575以产生if信号。if多相滤波器575的输出耦合到第二if放大器576。在示例性实施例中，信号降频转换器使用复数混合器571及if多相滤波器575局部地移除rf信号的图像频谱，其中所接收的rf信号的图像频谱被衰减(被压制)。换句话说，if多相滤波器575进一步从图像抑制滤波器413移除剩余的图像信号。第二if放大器576通过lna电路及信号降频转换器对图像频谱得到抑制的if信号进行放大。

在本公开的一些示例性实施例中，信号降频转换器570还可包括频率探测器577。频率探测器577耦合到本地振荡器572来监测所接收的第一极化信号及第二极化信号，以探测特定频率(例如，22khz)的信号的存在。当探测到特定频率时，将控制信号传送到本地振荡器572以基于对特定频率(例如，22khz)的信号的存在的探测，选择(或改变)用于对第一经放大及滤波极化信号或第二经放大及滤波极化信号进行混合的本地振荡频率。

基于上述电路结构，通过芯片上lna电路110、芯片上lna电路130与信号降频转换器170的组合来实现图像抑制。具体来说，首先通过内置在芯片上lna电路中的图像抑制滤波器对rf信号的图像频谱进行滤波。在图像抑制的第二阶段，通过具有复数混合器及多相滤波器的信号降频转换器进一步对rf信号的图像频谱进行衰减。

在集成电路的设计中，将静电放电(electrostaticdischarge，esd)保护电路设置或直接连接到输入引脚以保护集成电路不遭受任何静电放电。esd电感器可耦合到输入引脚(例如，串联的且位于输入引脚与esd保护电路之间的第一引脚101与第二引脚102)。在一些示例性实施例中，esd电感器是引线结合电感器，以进一步增强lna电路110、lna电路130的滤波能力。

返回参照图1，lnbic100还包括耦合到电源12的第三引脚105以从电源12接收电压，从而为lnbic100供电。lnbic100还包括第四引脚106及第五引脚107以从时钟13接收时钟信号，时钟13可为晶体。

图6是示出根据本公开的一些示例性实施例的lnb转换器60的方块图。参照图6，第一芯片外放大器64及第二芯片外放大器65可分别添加在天线11与lnbic600的第一引脚101及第二引脚102中的每一者之间。lnbic600包括第一lna电路110及第二lna电路130、rf路径选择器150、信号降频转换器170。示例性实施例的lnbic600还包括控制电路690及耦合到控制电路690的第六引脚604。控制电路690通过第六引脚604耦合到第一芯片外放大器64及第二芯片外放大器65，且被配置成控制第一芯片外放大器64及第二芯片外放大器65。第一芯片外放大器64、第二芯片外放大器65在lnbic600之前添加足够的增益以提高lnb噪声系数要求。举例来说，在没有芯片外放大器的情况下，噪声系数可能小于2db。而在使用芯片外放大器64、芯片外放大器65在lnbic600之前添加更多增益的情况下，噪声系数可大大改善到0.6db或小于0.6db。

在示例性实施例中，控制电路690可为处理器，所述处理器具有被配置成实行用于控制芯片外放大器的期望功能的逻辑电路。然而，本公开并非旨在限制控制电路的实施方案。

尽管向lnb转换器60添加了两个芯片外放大器，然而与传统的lnb转换器相比，离散组件的数目仍然减少。由于lna电路集成到一个集成电路(或芯片)上，因此可通过在rf信号的每一路径上添加一个芯片外放大器来实现噪声系数的改善。换句话说，lnb转换器60将仅需要2个芯片外放大器，而传统的lnb转换器则总共需要至少3个外部放大器。

图7是示出根据本公开的一些示例性实施例的双lnb降频转换器70的方块图。与传统的双lnb降频转换器相比，所述双lnb降频转换器70大大减少了离散组件的数目。传统上，极化信号中的每一者将需要两级式芯片外rf放大器及带通滤波器。此外，由于每一rf放大器都将需要耦合到控制电路的控制引脚输出(controlpinout)，因此引脚输出要求将会提高。在示例性实施例中，双lnb降频转换器70包括直接或间接连接到天线11的探测器件11-1、11-2的lnbic700，以接收第一极化信号及第二极化信号。在示例性实施例中，lnbic700包括第一lna电路110、第二lna电路130、rf路径选择器750、第一信号降频转换器170-1及第二信号降频转换器170-2。

类似于图1中所示的示例性实施例，通过实施芯片上lna电路110、芯片上lna电路130来减少离散组件的数目。rf信号的图像抑制是通过芯片上lna电路与信号降频转换器中的复数混合器的组合来实现。参照图7，第一极化信号及第二极化信号通过lnbic700的第一引脚101及第二引脚102耦合到第一lna电路110及第二lna电路130。第一芯片上lna电路110放大第一极化信号且从第一极化信号局部地移除图像频谱。第二芯片上lna电路130放大第二极化信号且从第二极化信号局部地移除图像频谱。第一芯片上lna电路110及第二芯片上lna电路130的实施方案与图1中所示的实施例类似，且因此，此处将不再重复详细说明。随后，将第一芯片上lna电路110及第二芯片上lna电路130的输出传送到rf路径选择器750以进行信号选择及路由。rf路径选择器750可为2输入及2输出多路复用器或rf交叉多路复用器(cross-mux)，其中第一极化信号及第二极化信号中的每一者可被选择作为第一输出引脚703及第二输出引脚708的输出。

第一信号降频转换器170-1及第二信号降频转换器170-2分别耦合到lnbic700的第一输出引脚703及第二输出引脚708以输出if信号。第一信号降频转换器170-1及第二信号降频转换器170-2中的每一者的实施方案类似于图1及图5中所示的示例性实施例，且因此，此处将不再重复说明其细节。

图8是示出根据本公开的一些示例性实施例的lnb转换器的方块图。与图7相比，图8中所示的lnb转换器80包括n个信号通路，其中n为大于2的整数。rf信号可由天线11(11-1、11-2)接收，且直接或间接耦合到lnbic800。lna电路110、lna电路130通过输入引脚(101、102)从天线11(11-1、11-2)接收rf信号，且在进行信号放大、图像抑制等之后将所接收的rf信号传递到rf路径选择器850。在示例性实施例中，rf路径选择器850可为2到n多路复用器(2-to-nmultiplexer)，以将所接收的rf信号馈送到耦合在rf路径选择器850与输出引脚(803、808-1到808-n)之间的n个信号降频转换器170-1到170-n。

图9是示出根据本公开的一些示例性实施例的卫星接收系统的方块图。卫星接收系统包括天线11、机顶盒(stb)20以及连接在天线11与机顶盒20之间的lnb转换器10。天线11从卫星2接收无线电波信号(rf信号)。天线包含分别接收rf信号的水平极化信号及垂直极化信号的探测器件。水平极化信号及垂直极化信号分别输入到lnb转换器10以进行信号处理(例如，信号放大、滤波、转换等)。在进行处理之后，lnb转换器10将从rf信号进行降频转换的if信号输出到stb20，其中stb20处理if信号并将if信号转换成用于将由rf信号携带的信息或数据显示在监视器30上的格式。

总之，上述示例性实施例绘示了将lna、rf路径选择器及信号降频转换器集成到一个芯片上的lnb转换器(即，lnbic)具有以两个阶段对rf信号的图像频谱进行抑制的能力。由于所述集成电路设计，离散极化组件的数目大大减少，且同时，通过芯片上lna电路与信号降频转换器的组合来实现图像抑制。具体来说，首先由内置在芯片上lna电路中的图像抑制滤波器对rf信号的图像频谱进行滤波以移除图像频谱的一部分。在图像抑制的第二阶段，由信号降频转换器进一步对rf信号的图像频谱进行衰减。

尽管已参照以上实施例阐述了本发明，然而对于所属领域中的普通技术人员来说，在不背离本发明的精神的条件下，可对所述实施例作出润饰。因此，本发明的范围将由随附权利要求书而非由以上详细说明来界定。

本文中所述的本发明的示例性实施例包括各种操作。这些操作可由硬件极化组件、软件、固件、或其组合来实行。本文中所使用的用语“耦合到”可意指直接耦合或通过一个或多个中间极化组件间接耦合。本文所述经由各种总线提供的信号中的任意信号可与其他信号进行时分复用(timemultiplexed)且经由一个或多个共用总线提供。另外，各电路极化组件或区块之间的内连可被示出为总线或单条信号线。总线中的每一者也可为一条或多条单条信号线，且这些单条信号线中的每一者也可为总线。

本公开的示例性实施例可包括本文所述的(包括在具体实施方式中所述的)及/或在图式中所示出的新颖特征中的任意一个或多个新颖特征。本文中所使用的“至少一个”、“一个或多个”、及“和/或”是在操作中既作连接词又做转折连接词的开放式表达。举例来说，表达“a、b、及c中的至少一个”、“a、b、或c中的至少一个”、“a、b、及c中的一个或多个”、“a、b、或c中的一个或多个”、以及“a、b、和/或c”中的每一者意指单独的a、单独的b、单独的c、a与b的组合、a与c的组合、b与c的组合、或者a、b及c的组合。应注意，用语“一(a或an)”实体是指此实体中的一个或多个。因此，用语“一(a或an)”、“一个或多个”、及“至少一个”可在本文中互换使用。

对于所属领域中的技术人员来说，在不背离本发明的范围及精神的条件下，可对本发明的结构作出各种润饰及变化。有鉴于上述，旨在使本发明涵盖本发明的润饰及变化，只要所述润饰及变化落于以上权利要求书及其等效范围的范围内即可。