專利名稱：放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器電路，具體但不僅僅涉及用于在無線電接收機中提供中頻帶通放大的放大器電路。
在先有技術(shù)中廣泛使用放大器，用于放大施加的輸入信號以便提供放大的輸出信號。這在這樣的無線電接收機中是特別重要的，其中在那里接收的輻射產(chǎn)生一般具有微伏級幅度的對應(yīng)天線接收的信號。無線電接收機使用其中的放大器將這種接收信號放大到大約毫伏到伏的幅度，例如驅(qū)動揚聲器。因為很難防止用來在射頻頻率進行放大的放大器的自激振蕩，尤其當他們包括級聯(lián)的增益提供級的時候，所以，通常將接收的信號外差成較低的中頻，于是易于提供高放大倍數(shù)以及提供更有選擇性的帶通信號濾波。
因此在先有技術(shù)的無線電接收機中，通常在中頻即位于接收的輻射的頻率和音頻或視頻頻率之間的頻率提供所需要的信號放大的大部分。例如，無線電接收機接收500MHz頻率的輻射并產(chǎn)生也在500MHz的對應(yīng)天線接收的信號。接收器將接收的信號外差以便產(chǎn)生頻率范圍在10.7MHz左右的中頻信號，然后進行放大和濾波，最后將放大的中頻信號解調(diào)以便產(chǎn)生對應(yīng)的具有頻率范圍在100Hz到5kHz的信號分量的聲頻輸出信號。
最近，因為射頻頻譜變得日益擁擠，在現(xiàn)代的通信系統(tǒng)中傾向于使用超高頻(UHF)的范圍，即500MHz左右；現(xiàn)在也使用例如1GHz到30GHz的微波頻率傳輸。與此相聯(lián)系，在現(xiàn)代的無線電接收機設(shè)計中傾向于使用在幾十MHz或更高頻率的中頻放大；這是為了獲得與使用外差方法有關(guān)的足夠的幻像抑制。
在現(xiàn)代移動電話中，在包括于其中的中頻放大器電路中提供大部分信號放大。這些電路包括傳輸放大器和相關(guān)的表面聲波(SAW)或陶瓷濾波器以便提供窄的帶通信號放大特性；該電路和它們的相關(guān)的濾波器通常一起稱為″中頻片″。這種傳輸放大器工作時耗費很大的電力，例如用于移動電話的中頻放大器電路工作時一般耗費幾百微安到幾毫安的電流。
為了通過它們的相關(guān)的電池給現(xiàn)代移動電話提供延長的工作時間，已經(jīng)研究和開發(fā)了新型的電池，后者增加電荷存儲量以便提高性能，例如可再充電的金屬氫化物和鋰電池。
本發(fā)明人了解到減少無線電接收機中中頻放大器的電流消耗以便通過電池提供延長的工作時間是可取的，而不是專心于改善電池技術(shù)。因此本發(fā)明力圖提供一種替換的放大器電路，例如特別適用于無線電接收機的中頻的電路，它需要較少的操作功率。
先有技術(shù)中已知，例如日本專利申請第JP 55137707號中所描寫的，將反射式放大器級聯(lián)并在其中插入濾波器，以便防止產(chǎn)生于前級的高次諧波分量傳播到后續(xù)級。濾波器不能禁止信號沿著級聯(lián)的系列放大器反向傳播而防止自激振蕩的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于接收輸入信號并提供相應(yīng)的放大的輸出信號的的放大器電路，其特征在于包括(a)多個反射式放大器，它們沿著信號通路級聯(lián)并用于放大沿著正向傳送的輸入信號以便提供輸出信號；以及(b)連接裝置，用于連接反射式放大器以便構(gòu)成信號通路以及用于阻止信號沿著反向傳播，從而在電路內(nèi)部阻止自激振蕩發(fā)生，該連接裝置包括沿著信號通路插入相鄰反射式放大器之間的濾波器，以及調(diào)制裝置、后者用于將輸入信號調(diào)制成相關(guān)的邊帶信號分量并且將所述邊帶信號分量沿著通路來回轉(zhuǎn)換，濾波器和調(diào)制裝置用于促進沿著通路正向的信號傳播以及阻止沿著反向的信號傳播。
這提供了這樣的優(yōu)點在放大器之間插入的濾波器能夠?qū)⒏鞣糯笃髋c它的相鄰的放大器隔離，從而阻止沿著通路反向的信號傳播；包含的調(diào)制裝置使通過各放大器傳送的輸入信號能夠在載波和邊帶信號之間轉(zhuǎn)換，從而使它能夠沿著通路通過濾波器正向傳送。
該電路提供了這樣的優(yōu)點，即能夠提供信號放大，并且在操作期間與先有技術(shù)的放大器電路相比耗費較少的電流。
由于工作期間可能出現(xiàn)自激干擾振蕩，所以本專業(yè)的技術(shù)人員還不能預(yù)期將多個反射式放大器連接在一起并獲得穩(wěn)態(tài)放大是可行的。該電路通過插入促進電路中想要的信號放大并抵消其中引起自激振蕩的信號放大的連接裝置來解決這個問題。
自激振蕩定義為作為在信號通路內(nèi)部或附近發(fā)生反饋的結(jié)果，沿著提供放大的信號通路出現(xiàn)的自感應(yīng)振蕩。
為了方便起見，濾波器沿著信號通路串聯(lián)排列，邊帶傳送濾波器和邊帶抑制濾波器沿著通路互相交錯，當輸入信號沿著信號通路傳送時，調(diào)制裝置用于將其在基本上只能通過邊帶抑制濾波器傳輸?shù)膶?yīng)的載波信號和基本上只能通過邊帶傳送濾波器傳輸?shù)膶?yīng)的邊帶信號之間轉(zhuǎn)換，從而促進輸入信號沿著通路正向傳播以及阻止信號沿著反向傳播。
另一方面，本發(fā)明提供放大輸入信號并供應(yīng)對應(yīng)的放大的輸出信號的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(a)提供多個沿著信號通路級聯(lián)的反射式放大器，并且提供用于將反射式放大器連接到信號通路的連接裝置，后者促進信號沿著通路的正向傳播并且阻止信號沿著反向傳播，連接裝置包括沿著信號通路插入相鄰的反射式放大器之間的濾波器；以及調(diào)制裝置、它用于將輸入信號調(diào)制成相關(guān)的邊帶信號分量并且將該邊帶信號分量沿著通路來回轉(zhuǎn)換，濾波器和調(diào)制裝置用于促進信號沿著通路的正向傳播并且阻止信號沿著反向傳播；(b)在所述信號通路接收輸入信號；(c)引導(dǎo)輸入信號經(jīng)由連接裝置傳送到反射式放大器之一、以便在其中放大而提供放大的信號；(d)引導(dǎo)放大的信號傳送到另一個反射式放大器，以便在其中進一步放大；(e)重復(fù)步驟(d)直到放大信號達到信號通路的輸出端；以及(f)將來自信號通路的放大信號作為輸出信號輸出。
該方法提供了這樣的優(yōu)點在放大期間，有選擇地引導(dǎo)信號沿著信號通路正向從放大器傳送到放大器，從而阻止任何放大器再放大該輸入信號，由此防止建立可以產(chǎn)生自激振蕩的任何反饋環(huán)。
現(xiàn)在將通過例子，參考以下電路圖來描述本發(fā)明的實施例，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的放大器電路的示意圖；圖2是說明包含在圖1的電路中的濾波器的信號傳輸特征的圖；以及圖3是包含在圖1的電路中的反射式放大器電路的示意圖。
參考圖1，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的放大器電路；電路用600表示。它包括三個帶通濾波器610、620、630；兩個二相開關(guān)650、660；一個開關(guān)振蕩器670以及兩個反射式放大器700、710。每一個放大器700、710包括圖3中用1400表示的反射式放大器電路。
濾波器610、630相同并使用表面聲波(SAW)、體聲波(BAW)或陶瓷濾波器元件。每一個濾波器610、630為在它的端子H1、H2之間傳送的信號提供帶通傳輸特性。該特性包括單個傳輸波峰，以頻率f0為中心，分別具有高-3dB和低-3dB的截止頻率f0+f1和f0-f1。在該電路600中，f0是100MHz并且f1是50kHz。
濾波器620也使用SAW、BAW或陶瓷濾波器元件。它為在它的端子H3、H4之間傳送的信號提供雙峰傳輸特性。雙峰特性包括兩個傳輸波峰，第一波峰以頻率f0+f2為中心，第二波峰以頻率f0-f2為中心。第一波峰分別具有高-3dB和低-3dB的截止頻率f0+f2+f1和f0+f2-f1。同樣地，第二波峰分別具有高-3dB和低-3dB的截止頻率f0-f2+f1和f0-f2-f1。圖2中用800表示的圖形圖解表示了濾波器610、620、630的信號傳輸特征。圖形800包括代表頻率的第一軸810和代表通過濾波器610、620、630的相對的信號傳輸電平的第二軸820。
在圖2中，濾波器610、630的單個傳輸波峰用850表示。同樣，濾波器620的第一和第二傳輸波峰分別用860、870表示。此外，濾波器610、630還強烈地吸收頻率在f0-f2和f0+f2左右的輻射，即波峰860、870的頻率范圍左右，特別是施加于它們的端子H2的信號。此外，濾波器620還強烈地吸收波峰850的頻率范圍左右的輻射，特別是施加于它的端子H4的信號。
現(xiàn)在再參考圖1，開關(guān)振蕩器670用于在它的輸出端產(chǎn)生二進制邏輯方波控制信號，所述控制信號以頻率f2周期性地在邏輯狀態(tài)0和1之間切換。來自振蕩器670的輸出傳送到二相開關(guān)650、660的輸入控制端子K。
二相開關(guān)650、660相同，各包括三個端子，即信號端子J1、J2和如上所述的輸入端子K。開關(guān)650包括電感器和可變電抗器，后者也叫變?nèi)荻O管；施加于開關(guān)650的端子K的控制信號用于控制施加于可變電抗器的電勢，從而改變對通過它的端子J1、J2之間的開關(guān)650傳送的信號的相移的調(diào)諧和影響。當來自開關(guān)振蕩器670的控制信號處于邏輯狀態(tài)0時，開關(guān)650、660提供0°相移；反之，當控制信號處于邏輯狀態(tài)1，開關(guān)650、660提供90°相移。因而，工作時，通過開關(guān)650、660經(jīng)由它們的端子J1、J2傳送并隨后從開關(guān)650、660返回、并且被相關(guān)的反射式放大器700、710放大的信號，在相位0°和180°之間周期性地切換。
下面將參考圖1和2描述電路600的操作。開關(guān)振蕩器670以頻率f2振蕩并在它的輸出端產(chǎn)生該頻率的控制信號。頻率f2選擇等于或大于兩倍的f1?？刂菩盘栆灶l率f2切換二相開關(guān)650、660、使得它們對通過其中的信號進行相位調(diào)制。
濾波器610在它的端子H1輸入端接收輸入信號Sin。該信號Sin，例如，在前級(未顯示)產(chǎn)生，該前級對接收信號進行外差以便產(chǎn)生信號Sin作為中頻信號，后者包括頻率范圍在f0-f1到f0+f1的信號分量。因為它的信號分量在濾波器610的波峰的頻率范圍之內(nèi)，所以信號Sin通過濾波器610，從它們的端子H1傳輸?shù)蕉俗親2。當信號Sin從端子H2傳送出來時，它不能穿過濾波器620，因為后者不能在該信號分量的頻率下傳送信號；因而信號Sin從開關(guān)650的端子H2傳送到端子J1并在那里進行相位調(diào)制，以便在端子J2作為第一調(diào)制信號Sm1顯現(xiàn)。調(diào)制信號Sm1傳送到放大器700的端口T3，放大器700對信號Sm1進行反射放大、以便提供第二放大調(diào)制信號Sm2。信號Sm2從放大器700的端口T3通過開關(guān)650傳送回來、在那里對其再進行相位調(diào)制以便提供第三調(diào)制信號Sm3，在端子J1輸出。
信號Sm3是相位調(diào)制的并包括包含波峰860、870的頻率范圍的信號分量的兩個邊帶。因為在這些邊帶的頻率下濾波器610是不可傳送信號的，所以信號Sm3的邊帶被禁止通過濾波器610反向傳送。因為所述邊帶在濾波器620的波峰860、870的頻率范圍之內(nèi)，因此，信號Sm3從濾波器620的端子H3傳送到它的端子H4。
信號Sm3從濾波器620的端子H4傳送到開關(guān)660的端子J1。濾波器630不能傳送信號Sm3，因為它在所述信號的邊帶的頻率范圍內(nèi)是不可傳送信號的。因而，信號Sm3通過開關(guān)660從它的端子J1傳送到它的端子J2，從那里作為第四信號Sm4顯現(xiàn)。因為開關(guān)660以頻率f2提供相位調(diào)制，所以信號Sm3的邊帶被外差以便產(chǎn)生信號Sm4的、在波峰850的頻率范圍內(nèi)的信號分量。信號Sm4從開關(guān)660的端子J2傳送到放大器710的端口T3，在放大器710中被反射放大以便提供放大信號Sm5。信號Sm5通過開關(guān)660從放大器710的端口T3反向傳送，在那里再被相位調(diào)制，以便在開關(guān)660的端子J1作為第六信號Sm6顯現(xiàn)。來自信號Sm5的放大后的信號Sm6包括波峰850的頻率范圍內(nèi)的信號分量。
因為濾波器620對包含波峰850的頻率范圍內(nèi)的信號分量的信號是不可傳送信號的，特別是在它的H4端子，信號Sm6被禁止通過濾波器620反向傳送。因而信號Sm6通過濾波器630從它的端子H1傳送到它的端子H2，從那里作為信號Sout傳送。信號Sout包括存在于信號Sin中的、已經(jīng)通過電路600放大的信號分量。
總之，電路600交替地逐級將待放大的信號Sin從載波頻率，即波峰850的頻率范圍內(nèi)的頻率，轉(zhuǎn)換到邊帶頻率，即波峰860、870的頻率范圍內(nèi)的頻率。因而，開關(guān)650、660協(xié)同濾波器610、620、630有效地阻礙信號沿著從輸出端Sout到輸入端Sin的通路反向傳播；這隔離了放大器700，710，從而能夠在電路600實現(xiàn)較大的信號放大而不出現(xiàn)自激振蕩。因此，由于使用了反射式放大器，所以電路600能夠用約為幾十微安的低電流提供接近50dB的高信號放大。
如果反射式放大器700、710僅僅級聯(lián)而沒有開關(guān)650、660和濾波器610、620、630，則會遇到嚴重的自激振蕩問題，將防礙實現(xiàn)預(yù)期的輸入信號放大。
電路600可以修改成包括更多的放大級，各級包括反射式放大器并通過濾波器、例如在沿著信號通路的第一方向上通過濾波器610以及在沿著信號通路的第二方向上通過濾波器620與它的相鄰級隔離，所述方向是相反的。由于比圖1所示包括更多放大級，所以能夠?qū)崿F(xiàn)更高的增益。
濾波器610、620、630可以是一個或多個SAW濾波器、陶瓷濾波器或調(diào)諧電感/電容濾波器。對于高頻操作還可以使用體聲波濾波器。
放大器700、710可以連接到偏置控制器，后者安排成控制放大器700、710內(nèi)的晶體管電流，從而能夠動態(tài)控制它們的增益，例如在需要自動增益控制(AQC)來迎合在Sin處施加的信號的相對大的動態(tài)范圍。
放大器電路600包括級聯(lián)的系列反射式放大器，后者連接成形成信號通路、沿著該信號通路發(fā)生輸入信號的放大。反射式放大器通過開關(guān)裝置連接，例如通過開關(guān)650、660以及濾波器610、620、630連接，以便促進沿著用于放大的通路正向的信號傳播并阻礙沿著可能引起自激振蕩的通路的反向的信號傳播。這使得能夠用低于先有技術(shù)的提供類似增益的傳輸放大器所需的電流消耗來實現(xiàn)較高的放大增益。
下面將參考圖3進一步描述反射式放大器電路1400。包括在虛線1410內(nèi)的電路1400包括用1420表示的硅或砷化鎵(GaAs)晶體管；形成用于晶體管1420的終端網(wǎng)絡(luò)的電容器1430和電阻器1440；反饋電容器1450；形成偏壓網(wǎng)絡(luò)的電感器1460和電阻器1470；以及電流源1480。電路1400包括輸入輸出端口T3，后者連接到晶體管1420的柵電極1420g和電容器1450的第一端子。
電路1400連接到用于向電路1400供應(yīng)電力的電源1500。電源1500連接到晶體管1420的漏極1420d以及電容器1430的第一端子；電容器1430的第二端子連接到信號地線。電容器1450設(shè)置有連接到晶體管1420的源電極1420s的第二端子，后者連接到接地的電阻器1440，所述電容器1450的第二端子通過串聯(lián)的電感器1460和電阻器1470連接到電流源1480，后者連接到信號地線。
電路1400工作時，柵電極1420g接收通過端口T3施加的輸入信號。輸入信號產(chǎn)生對應(yīng)于輸入信號的信號電流，后者在源電極1420g和漏極1420d之間流動。該信號電流通過晶體管1420的柵極-漏極和柵極-源極電容以及通過電容器1450耦合，從而在柵電極1420g產(chǎn)生輸出信號，即放大了的輸入信號。輸入信號在柵電極1420g反射，在那里與通過端口T3傳送出的輸出信號組合。
由于電路1400接收輸入信號并且經(jīng)由一個端子即端口T3將復(fù)合信號返回、所以，它相當于一個反射負電阻。
電路1400和它的顯示在虛線1410內(nèi)的相關(guān)組件能夠為通過晶體管1420的約為幾十微安的漏極/源級電流提供接近+30dB的大功率增益?？窟@樣低的供電電流運行的傳輸放大器是不可能現(xiàn)實這種大功率增益的。
當結(jié)合到移動電話中作為它的中頻片的一部分時，包括多個電路1400的放大器電路600與先有技術(shù)相比能夠在中頻使與放大信號有關(guān)的電話電流消耗成數(shù)量級地減小(an orderof of magnitudereduction)。這具有顯著的優(yōu)點，例如延長通過可再充電的電池供電的電話操作的工作時間。
本專業(yè)的技術(shù)人員將了解在沒有脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以改變電路600。因而，替換的開關(guān)裝置，或裝置等效物，可以與反射式放大器一起使用、只要它們表現(xiàn)出與電路600中的開關(guān)和濾波器類似的特性，即用于阻止寄生振蕩的發(fā)生。
電路600可以并入無線電接收機中，例如移動電話中，在那里起中頻片作用。此外，當裝備有解調(diào)器以便轉(zhuǎn)換來自電路600的信號輸出時，電路能夠作為IF接收器。
權(quán)利要求
1.一種用于接收輸入信號(Sin)并提供對應(yīng)的放大的輸出信號(Sout)的放大器電路(600)，其特征在于包括(a)多個反射式放大器(700，710)，它們沿著信號通路級聯(lián)并用于放大沿著正向傳輸?shù)乃鲚斎胄盘?Sin)以便提供所述輸出信號(Sout)；以及(b)連接裝置(610，620，630，650，660)，用于連接所述反射式放大器(700，710)以便構(gòu)成信號通路并且用于阻止信號沿著反向傳播，從而在所述電路(600)內(nèi)部阻止自激振蕩發(fā)生，所述連接裝置包括沿著所述信號通路插入相鄰的所述反射式放大器(700，710)之間的濾波器(610，620，630)；以及調(diào)制裝置(650，660)、用于將所述輸入信號調(diào)制成相關(guān)的邊帶信號分量(860，870)并且將所述邊帶信號分量沿著通路來回轉(zhuǎn)換，所述濾波器(610，620，630)和所述調(diào)制裝置(650，660)用于促進沿著所述通路正向的信號傳播以及阻止沿著反向的信號傳播。
2.權(quán)利要求1的電路，其特征在于所述濾波器(610，620，630)沿著所述信號通路串聯(lián)排列，邊帶傳輸濾波器(620)和邊帶抑制濾波器(610，630)沿著所述通路互相交錯，當所述輸入信號(Sin)沿著所述信號通路傳輸時，所述調(diào)制裝置(650，660)用于將所述輸入信號在基本上只能通過所述邊帶抑制濾波器(610，630)傳遞的對應(yīng)的載波信號(850)和基本上只能通過所述邊帶傳輸濾波器(620)傳遞的對應(yīng)的邊帶信號之間轉(zhuǎn)換，從而促進所述輸入信號沿著所述通路的正向傳播并且阻止信號沿著反向傳播。
3.權(quán)利要求1或2的電路，其特征在于所述調(diào)制裝置包括多個相開關(guān)(650、660)，每個相開關(guān)具有各自的與其關(guān)聯(lián)的反射式放大器(700，710)。
4.權(quán)利要求3的電路，其特征在于所述相開關(guān)(650、660)插入所述濾波器和與它們關(guān)聯(lián)的放大器(700，710)之間。
5.權(quán)利要求1、2、3或4的電路，其特征在于所述調(diào)制裝置(650，660)可以以具有相關(guān)頻率的速率工作，所述相關(guān)頻率等于所述邊帶傳輸濾波器的邊帶傳輸特性的傳輸峰值的頻率區(qū)間的一半。
6.權(quán)利要求4或5的電路，其特征在于所述相開關(guān)(650、660)各自包括包含電感器和調(diào)制的可變電抗器的調(diào)諧電路。
7.一種包括根據(jù)任何前述權(quán)利要求的放大器電路的中頻片。
8.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個的放大器電路的中頻接收器。
9.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個的放大器電路的移動電話。
10.一種用于放大輸入信號并提供對應(yīng)的放大的輸出信號的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(a)提供多個沿著信號通路級聯(lián)的反射式放大器(700，710)，并且提供用于將所述反射式放大器(700，710)連接到信號通路的連接裝置(610，620，630，650，660)，后者促進信號沿著通路的正向傳播并且阻止信號沿著反向傳播，所述連接裝置包括沿著信號通路插入相鄰的所述反射式放大器(700，710)之間的濾波器(610，620，630)；以及調(diào)制裝置(650，660)、它用于將所述輸入信號(Sin)調(diào)制成相關(guān)的邊帶信號分量并且將該邊帶信號分量沿著通路來回轉(zhuǎn)換，所述濾波器(610，620，630)和所述調(diào)制裝置(650，660)用于促進信號沿著通路的正向傳播以及阻止信號沿著反向傳播；(b)在所述信號通路接收所述輸入信號(Sin)；(c)引導(dǎo)所述輸入信號經(jīng)由所述連接裝置(610)傳輸?shù)剿龇瓷涫椒糯笃髦?700)、以便在其中放大而提供放大的信號；(d)引導(dǎo)所述放大的信號傳輸?shù)搅硪粋€反射式放大器(710)，以便在其中進一步放大；(e)重復(fù)步驟(d)直到所述放大信號達到信號通路的輸出端；以及(f)將來自信號通路的所述放大信號作為所述輸出信號(Sout)輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供用于放大輸入信號并產(chǎn)生放大的輸出信號的放大器電路(600)。該電路包括沿著信號通路級聯(lián)的、用于放大沿著信號通路正向傳輸?shù)男盘柕姆瓷涫椒糯笃?1400)系列。該電路用于阻礙沿著信號通路反向的信號傳播,從而阻止在電路(600)內(nèi)出現(xiàn)自激振蕩。將反射式放大器并入電路(600)中使得電路能夠提供高增益、例如50dB、同時消耗小的電流、例如幾十微安。電路(600)特別適用于射頻接收器、如移動電話的中頻。
文檔編號H03F3/60GK1364336SQ00810599
公開日2002年8月14日 申請日期2000年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月22日
發(fā)明者I·J·福爾斯特 申請人:馬科尼數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司