CN100472960C - 具有恒定输入阻抗的可控射频宽带放大器 - Google Patents

Abstract

提供了一种输入阻抗基本独立于所选择的增益的可变增益RF放大器装置，其具有多个可选择的基本放大器，输入信号被缩放，并且输入阻抗通过基本放大器的上游可开关限流元件被设置为相同，所述限流元件与基本放大器相关联。所述电路还具有基本上独立于所选增益的低噪声电平，和好的线性。还提供了一种使用根据本发明的放大器的广播无线电接收机以及用于接收数据信号的接收机。

Description

具有恒定输入阻抗的可控射频宽带放大器

技术领域

本发明涉及可控射频放大器领域，具体的说，涉及其输入阻抗与增益无关的可控增益射频放大器。本发明的另一个方面涉及用于调制的射频信号的接收机。

背景技术

在射频放大器中处理具有宽动态范围的信号，所述射频放大器例如在无线电和电视接收机或卫星接收机中使用的那些。这种类型的射频放大器通常被用作输入放大器。为了使得弱信号和强信号都可以通过射频放大器处理，希望增益级是可调节的。因此，信号电平可以与下游信号处理级相匹配。当弱信号被施加到输入放大器时，放大器必须以高增益进行工作，而同时，极少的干扰会被添加到信号中。不希望的干扰包括(例如)噪声和失真。当强信号被施加到放大器的输入端时，放大器必须以较小的增益进行工作，并且不允许通过信号来饱和。在这两种模式中，希望好的线性和在较宽的频率范围上保持相同的输入阻抗。

具有恒定输入阻抗和可变增益的放大器是现有技术中已知的，在其中，对称输入信号被传送到两个或多个具有不同增益系数的差动放大器中。单独的差动放大器可以依赖于希望的增益而连接，并且具有高输入阻抗。通过低阻抗来设置整个电路的输入阻抗，其连接在差动输入端之间并且与差动放大器的高输入阻抗相比非常小。因此可以忽略放大器的输入阻抗。诸如这样的电路常常具有不希望的噪声响应，并且作为用于对称输入信号的差动放大器的电路配置显著地增加了电路复杂性。

射频放大器的可变增益也可以通过在线性范围内使用放大器的工作点的可变控制来获得。但是，移动放大器的工作点会导致相位响应或带宽的变化。

发明内容

本发明的一个目的是现在提出一种射频放大器，其具有恒定输入阻抗、可变增益、高线性和改善的噪声响应。在权利要求1中描述了一种例如这样的放大器。在从属权利要求中指明了按照本发明的放大器的有利改进。本发明的另一个目的是提出一种用于调制的射频信号的接收机。

在本发明的一个方面中，提供了一种具有可变增益系数的放大器装置，其具有至少两个并联连接的基本放大器，其中每个基本放大器的输入端将其与独立限流元件在功能上排他地相关联，所述限流元件被耦合到用于选择性地调用基本放大器之一的开关元件，并且限流元件缩放被馈入对应关联的基本放大器的输入信号，并且其中可以通过限流元件来设置输入阻抗，所述输入阻抗保持基本相同而与对应选择的基本放大器无关。

按照本发明的放大器包括两个或多个基本放大器，所述放大器并联连接并且选择作为所希望的放大器级的功能(function)。输入信号被并行传送至所有的基本放大器。一个基本放大器的输入阻抗在这一情形中同时用于缩放输入信号。每个独立的基本放大器具有基本相同的增益。同时选择一个特定的基本放大器导致选择与这一放大器相关的输入阻抗。未被选择的放大器以及与它们相关的阻抗经由开关从电路断开，以使得它们对于有源电路部分的输入阻抗没有任何影响。所述开关是例如开关二极管，尽管也可以使用晶体管开关等。同时也可以在不同的电路部分中使用不同类型的开关。按照本发明的射频放大器的结构使得可能毫不复杂地自由选择可变的和可再生增益级，同时确保基本独立于增益的输入阻抗。此外，该电路非常适合于集成在集成电路中。

本发明的应用领域不限于最初提到的无线电、电视和卫星接收机。根据本发明的射频放大器可以在所有需要恒定输入阻抗和可变增益的适当应用中使用。

在本发明的第二个方面中，提出一种接收机用于使用按照本发明的射频放大器来接收广播无线电信号。在这一情形中，广播无线电接收机是用于模拟或数字音频和/或视频传输的接收机，例如VHF无线电接收机、数字音频广播(DAB)或数字电视(DVB)。尽管按照本发明的接收机可以特别有利地用于接收无线传输，该接收机也适用于有线传输。

在本发明的第三个方面中，提出一种接收机，用于使用按照本发明的射频放大器来接收数据信号。特别是在无线或有线通信网络中使用例如这样的接收机。在这一情形中，通信网络包括有线数据网络，例如局域网(LAN)或控制器局域网(CAN)；以及无线数据网络，例如通用移动电信系统(UMTS)、移动通信全球系统(GSM)或数字增强型无绳电话(DECT)。数据内容、所使用的频率范围以及调制的类型在这一情形中都不相关。因此可能接收计算机数据或其他语音数据，并且电路布置不限于特定的频率范围。

附图说明

现在将参考附图更加详细地描述根据本发明的射频放大器，在附图中；

图1示出了按照本发明具有两个放大器级的射频放大器的示意图；

图2示出了具有第一选定增益级的、按照如图1所示的本发明的射频放大器的电路；

图3示出了具有第二选定增益级的、按照如图1所示的本发明的射频放大器的电路；

在附图中，相同的参考符号指示相同或相似的元件。

具体实施方式

在如图1所示的按照本发明的射频放大器的示意图中，输入信号(未示出)被传送至输入端IN。输入端IN连接到第一和第二并行连接的放大器分支。第一放大器分支具有电阻器R1，该电阻器的第一连接端连接到输入端IN，其第二连接端连接到晶体管T1的发射极。可经由开关S1接通的电流源J1也连接到晶体管T1的发射极。晶体管T1的基极连接端连接到开关S2，通过该开关S2，所述基极可以连接到地或连接到DC电压源U1。晶体管T1的集电极形成电路的输出，并且连接到输出端OUT。第二放大器分支也连接到输入端IN。第二放大器分支具有电阻器R2，该电阻器的第一连接端连接到放大器的输入端IN。所述电阻器R2可以经由连接到其第二连接端的开关S3连接到地。电阻器R2的第一连接端和输入端IN还连接到电阻器R3，晶体管T2的发射极经由该电阻器R3连接到输入端IN。晶体管T2的发射极还连接到电流源J2，该电流源经由开关S4以可开关的方式连接到地。晶体管T2的基极连接端经由开关S5连接到地或连接到DC电压源U2。晶体管T2的集电极连接端连接到晶体管T1的集电极连接端，并与其一起形成输出端OUT。

当如图1所示的射频放大器处于如图2所示的配置时，第一放大器分支被激活。为了这一目的，开关S1闭合，并且由此电流源J1被激活。开关S2将晶体管T1的基极连接至DC电压源U1。此时，施加至输入端IN的信号(但是未示出)经由电阻器R1传送至晶体管T1的发射极连接端。电流源J1和在晶体管T1的基极处的电势U1设置晶体管的工作点。信号从晶体管T1的集电极连接端传送至输出端OUT，所述晶体管T1在这一模式作为共基极电路工作。由于开关S3打开，仅电阻器R2的第一连接端连接至电路，因此其没有效果。打开的开关S4使电流源J2不活动，并且开关S5将晶体管T2的基极连接到地电势。因而，同样仅电阻器R3的一个连接端有效地连接至电路，并且其对于有源电路的输入阻抗没有影响。电流源J1对于高频具有高阻抗，电压源U1对于高频表现短路。由于晶体管T1的基极/发射极连接点的低微分电阻，对于高频，电阻器R1经由基极/发射极连接点和电压源U1而连接到地。因此电路的输入阻抗实际上受R1的支配，并且信号完全传送至晶体管T1的发射极。

在如图3所示按照本发明的射频放大器的图示中，第二放大器分支被激活。为了这一目的，开关S3闭合，并且经由电阻器R2将输入端IN连接至地。输入端IN还连接到电阻器R3，其将输入端IN连接至晶体管T2的发射极连接端。连接至晶体管T2的发射极连接端的电流源J2通过当前已经闭合的开关S4而被激活。开关S5将晶体管T2的基极连接端连接至DC电压源U2。开关S1断开，开关S2将晶体管T1的基极连接至地。因此仅电阻器R1的一个同样地连接至输入端IN的连接端被有效地连接至电路，并且对输入阻抗没有影响。通过来自DC电压源U2、在晶体管T2的基极连接端处的DC电压电势和在晶体管T2的发射极连接端处的电流源J2来设定放大器T2的工作点。放大器电路的输入阻抗通过并联连接的电阻器R2和R3来形成。在这一情形中，如上所述，电阻器R2直接连接到地，而电阻器R3经由晶体管T2的基极/发射极连接点、经由开关S5、和经由DC电压源U2连接至地。在这一情形中，与电阻器R2和R3的电阻值相比，晶体管T2的基极/发射极连接点具有非常低的微分电阻，并因此可以忽略。DC电压源U2对于高频呈现至地的短路，电流源J2对于高频具有高阻抗。DC电压源U2和电流源J2因而同样可以被忽略。电阻器R2和R3的电路布置导致施加到输入端IN的信号的一部分被直接分接至地，并且仅该信号的一部分经由电阻器R3被传送至晶体管T2。所述被传送至晶体管T2的信号的一部分的幅度受到电阻器R2和R3的比率的支配。已这样缩放过的输入信号通过晶体管T2被放大，并且在输出端OUT处产生。可以选择所述两个电阻器R2和R3，以使得由这些电阻器形成的并联电路具有与电阻器R1相同的值，所述电阻器R1在第一放大器分支被激活时支配电路的输入阻抗。举例来说，如果在放大之前输入信号将被减半，则电阻器R2和R3每一个可以是两倍于从涉及图2的描述中来的R1。因此如下计算输入阻抗：

其中R2＝R3＝2R1；

$Z_{\mathrm{IN}}=\frac{R2\×R3}{R2+R3}=\frac{2R1\×2R1}{2R1+2R1}=R1$

上面参照图2进一步描述至这一程度的示例表示参照图3描述的情况中的一种特殊的情形，其中没有与来自图3的电阻器R2对应的电阻器。为了在如图3所描述的总体结构中获得按照本发明的基本(elementary)放大器，因而需要将具有无限高电阻的电阻器插入到电路中，从而与电阻器R1一起形成信号的分压器，并且相对于输入阻抗的计算与电阻器R1并联连接。

由于在设置基本恒定的输入阻抗的同时通过两个电阻器缩放信号的可能方式的较宽范围，因此可以以任意希望的增益系数容易地扩展电路。在这样的情形中，一个有利特征在于在所有情况下仅电路的所选部分对于放大和输入阻抗起作用。电路的简单配置以及半导体开关的使用特别有利地允许按照本发明的射频放大器被集成在集成电路中。

Claims (14)

1.一种具有可变增益系数的放大器装置，其具有至少两个并联连接的基本放大器，其中每个基本放大器的输入端将其与独立限流元件(R1；R2，R3)在功能上排他地相关联，所述限流元件被耦合到用于选择性地调用基本放大器之一的开关元件(S1；S3，S4)，并且限流元件(R1；R2，R3)缩放被馈入对应关联的基本放大器的输入信号，并且其中可以通过限流元件(R1；R2，R3)来设置输入阻抗，所述输入阻抗保持基本相同而与对应选择的基本放大器无关。

2.如权利要求1所述的放大器装置，其中至少一个基本放大器是共基极晶体管电路(T1；T2)。

3.如权利要求2所述的放大器装置，其中提供元件(U1，J1；U2，J2)，以便在线性范围内操作晶体管。

4.如权利要求3所述的放大器装置，其中用于在线性范围内操作晶体管的所述元件包括电流源(J1；J2)。

5.如权利要求2-4之一所述的放大器装置，其中至少基本放大器的晶体管的两个集电极连接端形成公共输出端(OUT)。

6.如权利要求2所述的放大器装置，其中基本放大器的晶体管的基极连接端可以经由开关元件(S2；S5)连接到DC电压电势(U1；U2)。

7.如权利要求6所述的放大器装置，其中开关元件(S2；S5)是开关二极管和/或电子开关。

8.如权利要求1所述的放大器装置，其中限流元件(R1；R2，R3)包括电阻器。

9.如权利要求1所述的放大器装置，其中输入信号的第一部分可以经由限流元件的第一部分(R1；R3)被排他地提供给一个基本放大器，所述限流元件在所有情况下与这一基本放大器相关联。

10.如权利要求1所述的放大器装置，其中输入信号的第二部分可以经由限流元件的第二部分(R2)相对于信号地线而被分接，所述限流元件在所有情况下与一个基本放大器相关联。

11.如权利要求10所述的放大器装置，其中限流元件的第一部分和第二部分(R2，R3)被连接以使得它们对于输入信号表现并联电路，所述限流元件在所有情况下与一个基本放大器相关联。

12.如权利要求11所述的放大器装置，其中每个基本放大器的包含限流元件的第一部分和第二部分(R2，R3)的并联电路的结果阻抗基本具有相同的值。

13.一种具有如前面的权利要求之一所述的放大器装置的广播无线电接收机。

14.一种具有如权利要求1-12之一所述的放大器装置的数据信号接收机。

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