專利名稱：放大器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放大器系統(tǒng)，特別是信號(hào)接收機(jī)、例如攜帶式電話手機(jī)或衛(wèi)星接收機(jī)的自適應(yīng)放大器系統(tǒng)。
無線電信號(hào)接收機(jī)一般包括濾波器級(jí)和放大器級(jí)(“增益級(jí)”)的鏈路，接收的無線電頻率信號(hào)串行地通過它。濾波器級(jí)和放大器級(jí)在整個(gè)鏈路中交錯(cuò)。這些濾波器濾除不要的(從頻帶外)頻率，而放大器放大保留的信號(hào)。將結(jié)果的信號(hào)傳給混頻器，在此進(jìn)行下變頻，并接著將信號(hào)解調(diào)。
特別靈敏的(通過所述鏈路高度放大的)信號(hào)接收機(jī)可能遇到特殊的問題。為了適應(yīng)信號(hào)的極高靈敏度接收機(jī)必須具有很低的噪聲特性(稱為噪聲系數(shù))；否則噪聲也會(huì)被放大，使它干擾信號(hào)。然而，為得到要求的靈敏度，可能需要比較多的增益級(jí)單單在接收機(jī)的UHF部分可能要3個(gè)或更多的增益級(jí)，而一般傳統(tǒng)的移動(dòng)電話只有一個(gè)或兩個(gè)增益級(jí)。比如，如果將采用同樣原則適應(yīng)的三個(gè)增益級(jí)UHF部分作為標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)部分，它的IIP3(第三級(jí)輸入截點(diǎn))的性能會(huì)比較差(可能比只具有一個(gè)或兩個(gè)增益級(jí)的接收機(jī)差20dB)。因此這種信號(hào)接收機(jī)非常易于受到不需要信號(hào)，特別是處在所需頻帶之外的信號(hào)的干擾。如果信號(hào)接收機(jī)的濾波器是在希望頻帶之外具有較小衰減的低插入損耗濾波器，這個(gè)問題將特別尖銳。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種無線電接收機(jī)的放大系統(tǒng)，包括用于放大加到放大器輸入端的信號(hào)的放大器，以產(chǎn)生放大器輸出信號(hào)；可變電抗裝置，連接在放大器的發(fā)射極或源極與地電位之間；反饋環(huán)路，用于檢測放大器輸出信號(hào)，響應(yīng)該輸出信號(hào)的較高電平來控制所述可變電抗裝置的電抗，以保持該放大器基本上的線性方式工作。
該可變電抗裝置適宜包括一可變電抗單元，最好是可變電容單元，可變電抗器更好。該可變電抗裝置最好包括一諧振電路。該諧振電路最好包括并聯(lián)的電感和電容部件。該電感部件適宜包括電感(用一個(gè)或多個(gè)通路孔提供)。在該電感部件中最好只是一個(gè)元件。該電感部件的電感最好在0-2.5nH的范圍。1nH或少些更好。該電容部件最好包括串聯(lián)的電容器和可變電抗器。
最好，響應(yīng)輸出信號(hào)的較高電平，該反饋環(huán)路使該可變電抗裝置的有效電感增加。
該反饋環(huán)路適宜包括檢測裝置，用于檢測所述輸出信號(hào)的電平(以信號(hào)的電壓電平為宜)，并產(chǎn)生取決于該信號(hào)的電壓。最好用自該檢測裝置的輸出所獲得的控制電壓來控制所述可變電抗器的電容。最好將該控制電壓加到可變電抗器的一端，而將該可變電抗器的另一端連接到地電位。
該放大器可以是放大器裝置的一部分，最好包括一個(gè)或多個(gè)濾波器。該放大器裝置最好是兩個(gè)或多個(gè)放大器的鏈的一部分，在這種情況下，所述的放大器最好是距鏈的輸入端最遠(yuǎn)的放大器。
所述放大器最好包括晶體管，如果晶體管是雙極型晶體管，則宜將該可變電抗裝置連接在晶體管的發(fā)射極與地電位之間。如果該晶體管是場效應(yīng)晶體管，則宜將該可變電抗裝置連接在晶體管的源極與地電位之間。
最好是，只響應(yīng)該輸出信號(hào)的較高電平，所述的反饋環(huán)路對(duì)放大器的線性具有顯著的影響。
放大器系統(tǒng)適宜為信號(hào)接收機(jī)、最好是無線電信號(hào)接收機(jī)的一部分，這可構(gòu)成本發(fā)明的第二方面。信號(hào)接收機(jī)適宜包括至少兩個(gè)，最好是至少三個(gè)串聯(lián)的增益級(jí)，耦合在天線與第一(或唯一)混頻裝置之間。所述的放大器最好是最接近混頻裝置的那些增益級(jí)的那個(gè)放大器。最好混頻裝置對(duì)接收信號(hào)下變頻以提供中頻信號(hào)。該放大器系統(tǒng)最好是手機(jī)，比如無線電話(或“移動(dòng)電話”或“攜帶式電話”)或?qū)ず魴C(jī)的一部分。
衛(wèi)星/移動(dòng)電話要求非常靈敏的信號(hào)接收機(jī)，而且因?yàn)樵诖蟮責(zé)o線電信號(hào)之間的信號(hào)強(qiáng)度上的不同，從衛(wèi)星接收的信號(hào)，由于很強(qiáng)的帶外干擾可能遇到特殊的問題。例如，建議一個(gè)推薦的衛(wèi)星/移動(dòng)電話服務(wù)工作在2170-2200MHz，而建議推薦的UMTS大地/衛(wèi)星電話網(wǎng)工作在該頻帶的附近。距基地臺(tái)100m UMTS信號(hào)強(qiáng)度可能大于-30dBm，因?yàn)樾l(wèi)星/移動(dòng)電話服務(wù)的地球表面上的一般信號(hào)強(qiáng)度是-100dBm，故UMTS信對(duì)于衛(wèi)星/移動(dòng)電話可能呈現(xiàn)為強(qiáng)的潛在干擾信號(hào)。因此，可方便地將本發(fā)明的放大器系統(tǒng)或信號(hào)接收機(jī)包括在來自衛(wèi)星和/或衛(wèi)星/移動(dòng)電話的信號(hào)的接收機(jī)中。
現(xiàn)在結(jié)合附圖通過實(shí)施例描述本發(fā)明，其中

圖1是衛(wèi)星/移動(dòng)電話系統(tǒng)的示意框圖；圖2是衛(wèi)星/移動(dòng)電話手機(jī)的示意框圖；圖3是圖2中所示電話手機(jī)部分電氣結(jié)構(gòu)的示意框圖；圖4詳細(xì)表示了用于控制電話手機(jī)放大器的11P3的環(huán)路；圖5詳細(xì)地表示自適應(yīng)環(huán)路的一實(shí)施例；圖6表示放大器是場效應(yīng)晶體管(FET)時(shí)與圖4類似的電路。
在圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例是用于衛(wèi)星/移動(dòng)電話手機(jī)的放大器系統(tǒng)。該放大器系統(tǒng)包括含有放大器的增益部分。有一個(gè)包括可變電抗裝置的控制電路，可用它控制該放大器響應(yīng)的線性；和一個(gè)用于檢測放大器的輸出信號(hào)電平的檢測器，當(dāng)該電平升高時(shí)，增加可變電抗裝置的電感，以改善放大器的線性。
參看圖1，衛(wèi)星/移動(dòng)電話系統(tǒng)具有可相互通信的地球軌道衛(wèi)星1，2，衛(wèi)星1，2可以與電話手機(jī)3，4，以及與陸線電話系統(tǒng)7，8的通路5，6通信(實(shí)際上，該系統(tǒng)一般具有多個(gè)兩個(gè)衛(wèi)星并支持許多移動(dòng)電話)。通過與衛(wèi)星通信，移動(dòng)電話可彼此之間進(jìn)行電話通信，并可與連接到陸線系統(tǒng)的電話9，10進(jìn)行電話通信。在“Mobile P-SystemSatellite System Comparison”；International Journal of SateiliteCommunications，第13卷，第453-47l頁(1995)和“Mobile StarWars”；What Cellphone，1996年9月，第60-66頁中對(duì)這種系統(tǒng)進(jìn)行了一般性的討論。
根據(jù)衛(wèi)星軌道的高度和系統(tǒng)使用衛(wèi)星的數(shù)目，任何一個(gè)移動(dòng)電話與它所要通信的衛(wèi)星之間的距高可為40000Km以上。因此，與大地移動(dòng)電話系統(tǒng)相比，由衛(wèi)星/移動(dòng)電話接收的信號(hào)一般有較低的強(qiáng)度，故更易于受到干擾。
參看圖2，衛(wèi)星/移動(dòng)電話手機(jī)11(比如在圖1中的電話手機(jī)3或4)具有天線12；射頻(RF)部分13，用于將接收的信號(hào)下變頻到基帶和產(chǎn)生由天線發(fā)射的RF信號(hào)；處理器部分14，包含用于控制電話和將RF部分連接到揚(yáng)聲器15和話筒16的微處理器。將鍵盤17和顯示器18連接到該處理器部分，以便用戶控制電路。
圖3更詳細(xì)地表示了電話11的RF部分13。天線共用器27(或其它的適合部件，比如開關(guān))將天線12連接到UHF發(fā)射電路28和UHF接收電路29。在該接收電路中，從節(jié)點(diǎn)30起有一個(gè)帶通濾波器32，33，34與放大器35，36。31交錯(cuò)的鏈。從該鏈的節(jié)點(diǎn)38輸出的信號(hào)進(jìn)入混頻器39，在這里通過與節(jié)點(diǎn)40上的本機(jī)產(chǎn)生信號(hào)混頻將該輸出信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)。
在節(jié)點(diǎn)30上的信號(hào)中的干擾會(huì)在放大器37引起最大的問題，因?yàn)橛稍摲糯笃魈幚淼男盘?hào)已經(jīng)通過了兩個(gè)增益級(jí)。為了幫助解決這個(gè)問題，最后的增益級(jí)具有一附加的控制電路41，在圖4中有詳細(xì)的表示。
圖4表示放大器37，其中的放大器是由雙極型晶體管提供的。放大器的輸入端42連接到晶體管的基極，而自晶體管的集電極提供放大器的輸出43。通過諧振電路44將晶體管的發(fā)射極連接到地，該諧振電路44形成了總的用45表示的自適應(yīng)環(huán)路的一部分。在一般的現(xiàn)有技術(shù)電路中，將晶體管的發(fā)射極直接地或用電阻連接到地。
在圖4的實(shí)施例中，將耦合器46設(shè)置在放大器31的輸出端43，以檢測放大器的輸出信號(hào)，該耦合器在輸出端47提供 自輸出端43耦合來的RF信號(hào)。該耦合器一般是大約15dB的耦合器。
將該耦合器的輸出傳給檢測器48，它將該耦合器的輸出轉(zhuǎn)換為依賴在點(diǎn)43輸出電平的節(jié)點(diǎn)49上的電壓。該檢測器比如是二極管。
將節(jié)點(diǎn)49上的電壓送到電壓增益電路50(比如一放大器)，它放大(此方說20倍)在節(jié)點(diǎn)49上的電壓的變化值。當(dāng)節(jié)點(diǎn)49上的電壓增加時(shí)節(jié)點(diǎn)51上的電壓減小。在適當(dāng)?shù)碾娐分锌梢允∪ピ撾妷涸鲆骐娐?0或比如可用一差分放大器提供。
將節(jié)點(diǎn)51上的放大信號(hào)在節(jié)點(diǎn)52連接到諧振電路44。該諧振電路具有并聯(lián)的兩個(gè)分支。一個(gè)分支是電感而另一個(gè)分支是電容。一個(gè)發(fā)支包括一電感53(可經(jīng)通路孔提供)，而另一個(gè)分支包括串聯(lián)的電容54和變?nèi)荻O管55。該諧振電路的總電抗XTOTAL由下式給出XTOTAL=WL+1WC]]>這里W是頻率，L是電感器的電感，C是電容分支的總電容。將放大的信號(hào)在變?nèi)荻O管與電容器之間的節(jié)點(diǎn)輸入諧振電路，從而使節(jié)點(diǎn)52上的電壓的變化改變變?nèi)荻O管的電容，因而改變電容分支電容。
現(xiàn)在將詳細(xì)地描述控制電路41的操作。當(dāng)節(jié)點(diǎn)30上的信號(hào)中的強(qiáng)干擾到達(dá)放大器37時(shí)，則在耦合器46輸入端的放大器輸出信號(hào)的電壓電平上升，結(jié)果自節(jié)點(diǎn)43的信號(hào)耦合來的節(jié)點(diǎn)47上的信號(hào)電平和檢測器49輸出的電壓也上升，而電壓增益電路51輸出的電壓將下降。這將使變?nèi)荻O管55的電容增加，它將增加放大器37的發(fā)射極的有效電感。所以，由于串聯(lián)負(fù)反蝕的結(jié)果，該放大器的線性(比如通過它的11P3測量的)將會(huì)改善。這個(gè)效果將是減小由于帶內(nèi)信號(hào)的強(qiáng)干擾引起的在節(jié)點(diǎn)43的輸出中的靈敏度下降和失真。在減小經(jīng)過濾波器32、33和天線共用器27沒有足夠衰減的頻帶外干擾的輸出的不利影響中，該有源環(huán)路將是非常有效的。
圖5更詳細(xì)地表示出一個(gè)適用的自適應(yīng)環(huán)路的實(shí)例，與圖1-4采用同樣的標(biāo)號(hào)。
對(duì)于通常的電路，該電感的適合值是0-2.5nH。當(dāng)該自適應(yīng)環(huán)路被強(qiáng)干擾驅(qū)動(dòng)時(shí)，在節(jié)點(diǎn)52的電壓可從0V上升到大約5V。為了保持該放大器基本上工作在線性方式，該環(huán)路的作用改善放大器37的線性，特別是在高信號(hào)電平時(shí)。當(dāng)晶體管的發(fā)射極與地之間的鏈路變?yōu)楦唠姼行詴r(shí)，該放大器的增益將減小，這將導(dǎo)致接收機(jī)的噪聲指數(shù)的增加。然而，因?yàn)榍懊娴脑鲆婕?jí)的緣故噪聲指數(shù)總的變化可能是最小的。為了有助于使高頻增益的減少最小，發(fā)射極與地之間的電阻值(包括在諧振電路的元件中的任何雜散電阻)應(yīng)是盡可能低。
安排該自適應(yīng)環(huán)路，使得它在較低信號(hào)強(qiáng)度(比如-90dBm)不(或幾乎不)啟動(dòng)，因?yàn)?V(或只超過0V一點(diǎn))是從檢測器輸出的，故晶體管37的發(fā)射極接近地電平。于是，可以安排環(huán)路使得在較低的信號(hào)強(qiáng)度，環(huán)路對(duì)放大器的線性沒有多少影響或無明顯影響。當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度升高時(shí)，諧振電路44的有效電感增加。對(duì)于比方說大于-15dBm的信號(hào)強(qiáng)度，比方說可能高達(dá)5dBm，環(huán)路可在地與發(fā)射極之間引起較高的有效電感。
可將耦合器46設(shè)置在跟隨放大器37的濾波器34之后，以檢測該濾波器的輸出而不是放大器37的直接輸出。可將自適應(yīng)環(huán)路41加到鏈路的任何放大器上，檢測該放大器的輸出或依賴于該輸出的信號(hào)，并檢測該放大器的IIP3。最好使加上環(huán)路的放大器距天線遠(yuǎn)些，最好是如圖3中所示位于鏈路的最后一級(jí)放大器。
圖6表示對(duì)于場效應(yīng)晶體管放大器情況與圖4的類似電路，同樣的元件與圖1-5的標(biāo)號(hào)相同。
本發(fā)明包括了任何新的特征，或這里明顯的或隱含公開的或它們的任何綜合的特征的組合，而不管它是否與申請的發(fā)明有關(guān)，或減輕了任何或所有提出的問題。根據(jù)上述描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明白，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以做出多種修改。比如，很明顯，在非雙極晶體管和場效應(yīng)晶體管以外的類似放大器中，可將該可變電抗裝置有益地連接到與發(fā)射極或源極類似的放大器的端子上。
權(quán)利要求
1.一種無線電接收機(jī)的放大器系統(tǒng)，包括放大器，用于放大加到放大器輸入端的信號(hào)，以產(chǎn)生放大器輸出信號(hào)；可變電抗裝置，連接在放大器的發(fā)射極或源極與地電壓之間；反饋環(huán)路，用于檢測放大器輸出信號(hào)，響應(yīng)該輸出信號(hào)的較高電平，控制該可變電抗裝置的電抗，以保持該放大器基本上在線性模式工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的可變電抗裝置包括一諧振電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的諧振電路包括一變?nèi)荻O管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的反饋環(huán)路包括檢測裝置，用于檢測輸出信號(hào)的電平，并且用自檢測裝置的輸出所獲得的電壓來控制所述變?nèi)荻O管的電容值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任何一項(xiàng)的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的諧振電路包括并聯(lián)連接的電感和電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任何一項(xiàng)的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的諧振電路包括由通路孔提供的電抗。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的放大器系統(tǒng)，其特征在于反饋環(huán)路響應(yīng)輸出信號(hào)的較高電平使所述可變電抗裝置的有效電感增加。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的放大器系統(tǒng)，其特征在于的反饋環(huán)路對(duì)放大器輸出信號(hào)的電壓是敏感的。
9.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的放大器包括一晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的放大器包括一雙極型晶體管，并且將所述的可變電抗裝置連接在晶體管的發(fā)射極與地電位之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的放大器系統(tǒng)，其特征在于所述的放大器包括一場效應(yīng)晶體管，并將所述的可變電抗裝置連接在晶體管的源極與地電位之間。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的放大器系統(tǒng)，其特征在于還包括用于放大接收信號(hào)的第二放大器，它的輸出連接到所述放大器的輸入。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的放大器系統(tǒng)，其特征在于兩個(gè)所述的放大器包括一個(gè)至少由三個(gè)放大器組成的鏈。
14.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的放大器系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)用于接收無線電信號(hào)的天線，連接到所述放大器輸入端。
15.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的放大器系統(tǒng)，其特征在于包括一混頻器裝置，它的輸入端耦合成接收依賴于放大器輸出信號(hào)的信號(hào)。
全文摘要
一種無線電接收機(jī)的放大器系統(tǒng),包括:放大器,用于放大加到放大器輸入端的信號(hào),以產(chǎn)生放大器輸出信號(hào);可變電抗裝置,連接在放大器的發(fā)射極或源極與地電位之間;反饋環(huán)路,用于檢測放大器輸出信號(hào),并響應(yīng)輸出信號(hào)的較高電平控制所述可變電抗裝置的電抗,以保持該放大器基本上工作在線性模式。
文檔編號(hào)H03F3/191GK1178413SQ97119230
公開日1998年4月8日 申請日期1997年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月20日
發(fā)明者J·沙慕爾斯 申請人:諾基亞流動(dòng)電話有限公司