專利名稱：放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1的前序部分所述的調諧器。
本發(fā)明還涉及一種多級放大器，例如，用于一調諧器中作為IF放大器、視頻IF放大器、音頻IF放大器、視頻或音頻基帶放大器。
本發(fā)明還涉及一種用于多級放大器的級聯(lián)電流比較器。
這種調諧器可見于US-A-5210504中。其中有一調諧器用于衛(wèi)星廣播。
這種調諧器還可見于文章“Monolithic TV IF System TBA 440”，E.Schatter，IEEE Transactions on BTR，Vol.18，august 1972，Pages 158-163中。在上述文章中，描述的一(IF)放大器包括三個增益級的串聯(lián)裝置。
這些現(xiàn)有技術中的調諧器的缺點是，這種調諧器增加了輸入信號的噪聲和失真，在幾個串聯(lián)增益級的低增益情況下尤其如此。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中調諧器的缺點。
為此，本發(fā)明的第一方面提供了一種如權利要求1中所定義的調諧器。
本發(fā)明的第二方面提供了一種如權利要求4中所定義的多級放大器。
通過使不需要的一個或幾個增益級旁路，克服了現(xiàn)有技術中調諧器和/或放大器的問題。
本發(fā)明的第三方面提供了一種如權利要求6中所定義的組聯(lián)電流比較器。
通過關斷無效級，使得在低功率級聯(lián)電流比較器中減小了電流消耗。
根據(jù)本發(fā)明的一個調諧器的實施例包括權利要求2的特征。
通過采用三個增益級，可容易地獲得所需的增益范圍，而同時放大器的復雜性保持在合理的范圍之內。
根據(jù)本發(fā)明的一個調諧器的實施例包括權利要求3的特征。
通過共同短路至少兩個增益級，進一步減小了低增益范圍的失真。
根據(jù)本發(fā)明的一多級放大器的實施例包括權利要求5的特征。
這樣可獲得所謂的溫度計代碼(thermometer Code)，用于提供所述增益級的調諧電壓。
可以選擇性地用于實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點的本發(fā)明及其附加的特性，將參考后述的例子進行說明并且變得明白。
在其附圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的調諧器的一示意性實施例，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的IF放大器的一示意性實施例，圖3示出了相對于增益控制量的總增益，圖4示出了一增益級電路的實施例，圖5示出了一開關的實施例，以及圖6示出了一比較器的實施例。
圖1舉例示出了根據(jù)本發(fā)明的調諧器T的示意性實施例，其中包括輸入I和輸出O、該輸入被耦合至一用于放大所接收的天線信號Sa的輸入放大器1。該輸入放大器的輸出被耦合至混頻器3，用于獲得所謂的IF信號。該IF信號在被濾波器5濾波后，被提供到作為多級放大器的IF放大器7。在由IF放大器放大之后，該IF信號接著被送至第二混頻器9，用于在輸出端O獲得基帶視頻信號SV。視頻信號SV被提供至控制裝置11，該裝置在本例中用于控制輸入放大器1和IF放大器7的放大。
圖2舉例示出了多級放大器27的示意性實施例，在該實施例中，該多級放大器由三級增益放大271、272和273組成。此外，該IF放大器還包括一開關裝置，該裝置包括一與第二增益級272并聯(lián)的開并SW2和一與第二增益級272以及第三增益級273并聯(lián)的開關SW3。
可以替換的是，開關SW3’能夠只旁路第三增益級273。這里應該注意，多級放大器27可以是IF放大器(見圖1中的參考號7)或者基帶放大器。該多級放大器還能夠用于視頻或音頻信號。
在本實施例中，對于強天線信號，多級放大器的增益為0.5(-6dB)，而對于弱信號，其增益可增加到2000(66dB)，在本例中，通過三個級聯(lián)的增益級實現(xiàn)了大的增益范圍。每個增益級增加了輸出信號的噪聲和失真，這樣就降低了在低增益時的整個動態(tài)范圍。
但是，在低增益時，僅需要一個增益級用于放大，而其它兩級可以被旁路。在這個原理中，如果增益級不需要用于放大，則增益級就可以被旁路，從而獲得較高的動態(tài)范圍。而且，通過適當?shù)目刂圃鲆婕壍姆椒ǎ瑢τ?多個)中間增益級的失真要求可以明顯放寬。
為了獲得一定的動態(tài)范圍并且盡可能地保持低功率，放大器的噪聲必須盡可能地低。下面，將分析輸出噪聲。讓我們假定開關SW2和SW3斷開；則均方輸出噪聲電壓由下式給出νnout2‾=(G1*G2*G3)2*νn2712‾+(G2*G3)2*νn2722‾+(G3)2νn2732‾]]>其中G1、G2和G3分別為級271、272和273的增益。這些增益級的噪聲電壓與其輸入相關。如果級271、272、273的增益為低，例如G1＝G2＝G3＝1，并且所有這三級都相同，則每級對輸出噪聲的影響是相同的。但是，在本例中，級272和273不需要用于放大。因此，旁路級272和273將降低輸出噪聲并且不會影響整個增益，這是由于G2＝G3＝1。這樣就顯著放松了對所有三個級的噪聲要求。對于一給定的動態(tài)范圍，由于級272和273對輸出噪聲沒有影響，因此允許級271產(chǎn)生較大的噪聲。而且，只要級272和273的噪聲功率與Glma2*V2n271‾]]>相比可忽略不計，則該噪聲功率還可以增加，其結果產(chǎn)生相同的總輸出噪聲。
由于只要級271還未達到其最大增益，所述旁路開關就不會斷開，其結果在較低功耗情況下，這些級可允許的較高輸出噪聲。
如果旁路開關SW2和SW3閉合，則不僅噪聲減小，而且由于級272和273引起的失真亦減小。顯然，級273必須處理最大輸出電壓，但是，這對于級272卻不是顯而易見的。如果級273的增益在級272的增益之前增加，則當級272斷開時，級272的最大輸出信號將根據(jù)因子G3max減小。其結果是，對級272的失真要求明顯放松。
圖3示出了與增益控制量相對的總增益的建立。該控制量是一個電壓或電流，其值由該控制裝置確定。對于低增益，只有級271有效并且所述旁路開關都閉合。只是在級273被啟動前，開關SW3才斷開。此時，由于級273的增益為1并且開關SW2閉合，所以在開關SW3兩端的電壓理想上應為零，因此切換開關SW3將不會影響輸出信號。如果級273接近其最大值G3max，則開關SW2斷開并且級272將增加總增益。由于G2＝1，因此在切換開關SW2的過程中輸出信號將不被干擾。
雖然本實施例中的IF放大器具有一個中間級，但是通?？刹捎枚鄠€中間級。
在本實施例中，對于第一級的要求相對較高?？墒?，它們比其中不采用開關的情況的要求低。大多數(shù)功率將被第一級消耗。另一方面，中間級在噪聲和線性方向的設計可以非常寬松。
圖4示出了增益級47X的電路圖的例子。所有的增益級基于相同的原理。該增益級包括以一些電阻連結的電阻退化差分對(resisfor degenerafed differenfialpair)。其差分輸入電壓(Vin，-Vin)被分別通過晶體管T1a、T1b供給。其差分輸出電壓(Vout，-Vout)分別在晶體管T1a，T2a，T1b，T2b的連接點上提供。退化電阻器(R1a，R2a，R3a；R1b，R2b，R3b)和終端電阻(R4a，R5a，R6a；R4b，R5b，R6b)可以對MOS晶體管調整。
依照數(shù)字順序，調諧電壓Vtune(Vtune1，Vtune2，Vtune3)從低電位(OV)逐步變化至高電壓(4V)。這樣，這些MOS晶體管被‘軟切換’并且增益逐步增加。可以替換的是，所有的調諧電壓可以連接到一個節(jié)點，這樣，由于不同的源(或漏)極電壓，這些MOS晶體管仍然能夠以正確的次序‘軟切換’。該增益級的一個優(yōu)點是相對低的噪聲性能。該退化或終端網(wǎng)絡的差分均方噪聲電壓等于4*K*T*Reffdf，其中的Reff是該網(wǎng)絡的有效阻抗。這樣的增益級已經(jīng)被描述于同一申請人的EP-A-0836766(PHN 15802)中。該專利申請及其相關申請在這里通過參考引入。
對于級272和273，如果其旁路開關閉合，則其增益最好精確地等于1?；谶@一理由，在該例中，增加了晶體管T2a和T2b，用于補償T1a和T1b的有限飽和電抗(finite transductance)以及失真和溫度變化。
由于對噪聲和失真的不同要求，所述增益級可以被單獨優(yōu)化。第一級的退化和終端阻抗由噪聲要求確定。第二和第三級的總阻抗由頻率特性確定。這些級的阻抗可以根據(jù)其噪聲要求而增加，但這將導致較低的截止頻率。所應用的‘軟開關’數(shù)量由失真要求確定。在第一級，例如可采用七個‘軟開關’，而在第二級，例如只需要兩個‘軟開關’(這些在EP-A-0836766中被詳細描述)。
所應用的旁路開關基本上由NMOS晶體管組成。如前所述，旁路開關兩端的電壓降必須盡可能地小，以便在切換過程中保持低失真。因此，第二(272)和第三(273)級的增益必須最好非常接近1，并且相移必須最好接近零，但是，即使在該開關兩端的電壓降為零，由于非線性的柵-源電容，該開關仍將產(chǎn)生失真，在Vgs接近Vt時其情況最差。為了減小在柵-源端的信號電壓，柵極由一電容器耦合至源極。
圖5示出了(旁路)開關SW5x的簡化電路圖，包括MOS晶體管M51、電容器C51和電阻器R51，該開關通過控制信號Vctr1控制。MOS晶體管M51的主電流路徑端由Vin和Vout標示。在圖2所示的實施例中，旁路開關SW2的Vin端連接至增益級272的輸入，而其Vout端連接至增益級272的輸出。同樣，開關SW3、SW3’分別設置在增益級272和273的串聯(lián)裝置、增益級273的輸入與輸出之間。
在圖4所示的增益級實施例中，需要兩個旁路開關。第一旁路開關在其Vin端接收輸入電壓+Vin，并且其輸出端Vout連接至提供+Vout的節(jié)點。第二旁路開關在其Vin端接收輸入電壓-Vin，并且其輸出端Vout連接至提供-Vout的節(jié)點?？赡苄枰囟ǖ难b置以確保輸入和輸出電壓+Vin、-Vin、+Vout、-Vout的適當DC電平。
如果圖4中的調諧電壓不連接至一個節(jié)點，則需要一溫度計代碼以產(chǎn)生適當?shù)男盘?，級?lián)電流比較器(見圖6)產(chǎn)生該溫度計代碼。
圖6示出了多級電流比較器CC中的一級。該比較器能夠產(chǎn)生用于增益控制和旁路開關的適當信號，以便實現(xiàn)非常低的失真電平。由于對于一特定輸入電流，僅僅有效的電流級導通，因此該比較器的總電流消耗可以相當?shù)?，讓我們假設晶體管M9和M12處理導電狀態(tài)。該電流比較器包括兩個電流鏡、PMOS電流鏡(PCM，包括M1、M2、M3、M4、M9、M10和Inv1)的輸出電流不變并且由所述控制裝置(11，圖1)控制、NMOS電流鏡(NCM，包括M5、M6、M7、M8、M11、M12和Inv2)的輸出電流或者PMOS電流鏡的輸出電流被加權并且NMOS電流鏡不被加權；或者是其組合。這樣，在級n-1以后和級n+1之前，級n的輸出電壓Vss至Vdd變化，以便增加IAGC的值。
如果一電流級不必作出判定，即，只要其輸出電壓不必改變，則經(jīng)過該級的電流就能夠減小至零，以便節(jié)省功率。因此，僅當該級需要被啟動時，電流才流過該級。為了實現(xiàn)這一點，當級n-2的輸出電壓上升時，級n-2啟動級n，而當級n+2的輸出電壓上升時，級n+2使級n無效。注意，代替級n-2和n+2，級n-1和n+1也能用于啟動級n和使級n無效。
對于如上所述的電流級的正確操作，不需要晶體管M10和M11。但是，(圖4中)一電流級的輸出電壓在一增益級中驅動兩個MOS晶體管。為了使該增益能逐漸變化，這些晶體管需要最好是軟切換。因此，電流級的輸出電壓相對于輸入電流(Iagc)的斜率是所關心的問題。對于級n，該斜率主要由PMOS電流源M3的輸出阻抗及與其并聯(lián)的NMOS電流源M7的輸出阻抗來確定。對于某些輸出電壓，晶體管M9和M12能夠級聯(lián)地操作，從而大大改變輸出阻抗。由于M10和M11的作用，對于任意值的輸出電壓，PMOS和NMOS電流源的輸出阻抗都并聯(lián)。因此，上述的斜率保持不變。
如圖4的實施例中所示，多級電流比較器CC的輸出電壓Vout(n)被用作調諧電壓Vtune1、Vtune2、Vtune3的其中之一。當所有的調諧電壓Vtune1、Vtune2、Vtune3都為低時，增益級47X表現(xiàn)出其最低的放大因數(shù)晶體管M1、M2、M3不導電，而晶體管M4、M5導電。
旁路開關(SW5x)的控制電壓Vctr1還可以由多級電流比較器CC產(chǎn)生。在瞬時Vtune3變低時，Vctr1必須變高以激勵所述旁路開關，使得接收輸入電壓+Vin的端子連接至提供輸出電壓+Vout的節(jié)點，而接收輸入電壓-Vin的端子連接至提供輸出電壓-Vout的節(jié)點。
應該注意，上述的發(fā)明在這里已經(jīng)根據(jù)一些例子進行了描述。如前所述，本發(fā)明的放大器能夠用于不同的地方。例如在調諧器中作為用于視頻或音頻信號的IF放大器，或者作為基帶視頻或音頻信號的放大器。
權利要求
1.一種用于接收輸入信號(Sa)和提供輸出信號(Sv)的調諧器(T)，包括輸入放大器(1)，耦合至該輸入放大器(1)的用于提供IF信號的混頻器(3)，以及用于放大該IF信號的多級放大器(7)，該多級放大器(7)包括一個至少有兩個增益級(271、272、273)的串聯(lián)裝置，并且提供輸出信號(SV)，以及用于控制該多級放大器(7)的增益控制裝置(11)，其特征在于該多級放大器(7)還包括與所述增益級(271、272、273)并聯(lián)的開關裝置(SW2，SW3，SW3’)，用于旁路所述增益級(271、272、273)的至少其中之
2.如權利要求1的調諧器，其特征在于，該多級放大器(7)包括串聯(lián)設置的至少三個增益級(271、272、273)。
3.如權利要求2的調諧器，其特征在于，所述開關裝置(SW2，SW3，SW3’)包括一開關(SW3)，該開關與至少兩個增益級(272、273)并聯(lián)耦合。
4.一種多級放大器(7)，用于如權利要求1所述的調諧器中。
5.如權利要求4所述的多級放大器(7)，其特征在于，該多級放大器(7)包括一個級聯(lián)的電流比較器(CC)，用于產(chǎn)生供所述增益級(271、272、273)用的調諧信號(Vtune1，Vtune2，Vtune3)。
6.一種級聯(lián)電流比較器(CC)，用于如權利要求5所述的多級放大器(7)中，其特征在于，該級聯(lián)電流比較器(CC)包括用于斷開無效增益級的裝置。
全文摘要
一種放大器,用于視頻和/或音頻設備的調諧器中,該放大器必須放大所接收的輸入信號,但應使增添到放大信號中的噪聲和失真盡可能小。為了改進該調諧器的放大器的工作,本發(fā)明的放大器包括至少兩個增益級和開關裝置,以便當不需要總增益值時短路一增益級。
文檔編號H03G3/10GK1277753SQ99801566
公開日2000年12月20日 申請日期1999年9月8日 優(yōu)先權日1998年9月21日
發(fā)明者C·H·J·門辛克, J·P·M·范拉梅倫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司