CN102638230B - 温度补偿装置及卫星信号接收系统 - Google Patents

Abstract

一种温度补偿装置及卫星信号接收系统。该温度补偿装置用来提供主动偏压至一放大器，该温度补偿装置包含有一电压源；多个负载；以及一电流产生器，该电流产生器用来根据该电压源所提供的电压及该多个负载，产生一电流至该放大器；其中，该多个负载中一第一负载为一热敏电阻，该热敏电阻使该电流在多个环境温度下维持于一特定范围内。本发明通过稳定电流的方式补偿温度变化的影响，因此可提升晶体管的稳定效果，确保系统正常运作。

Description

温度补偿装置及卫星信号接收系统

技术领域

本发明涉及一种温度补偿(temperature compensation)装置及卫星信号接收系统，尤指一种通过稳定电流的方式补偿温度变化的影响，以确保系统正常运作的温度补偿装置及卫星信号接收系统。

背景技术

温度是影响电子组件特性的重要因素，因此，理想的电子产品必需能在合理温度变化范围内保持稳定的效能。为了达到此要求，电子系统中会设置温度补偿机制，以补偿温度变化的影响。

以卫星接收机为例，当天线接收到卫星发送的射频信号后，射频放大器先放大所接收到的射频信号，混波器再利用本地振荡器的振荡信号，将射频信号降至中频或基频。在此过程中，若混波器或本地振荡器未能正常运作，将导致后端模拟或数字电路无法成功进行解调、解码等运作，而造成卫星接收机发生故障。影响混波器或本地振荡器运作的一项因素即为温度的变化，主要原因在于卫星接收机通常设置于未被遮蔽的室外，而室外的温差在某些地区甚至可达摄氏50度以上，此种剧烈的温度改变会引起电子组件特性(如电阻值、电容值、晶体管的导通阻抗等)的明显变化，导致混波器或本地振荡器无法正常运作。

详细来说，混波器的运作原理将射频信号与本地振荡信号相乘，再利用带通滤波器滤除不必要的信号；而本地振荡器的基本架构是由带通滤波器和放大器所构成的回路(Loop)，主要是把噪声反复放大来达到所需的振荡，而带通滤波器的目的是让信号在设计者所需要的频率处通过。如业界所熟知的，要实现混波器及本地振荡器的功能，需利用许多电子组件，如晶体管、电容、电阻等，因而易受温度变化的影响。

公知的温度补偿机制通常是以定电压方式实现，但定电压对于晶体管的稳定效果较差，因此有必要发展定电流的温度补偿机制。

发明内容

因此，本发明主要提供一种温度补偿装置及卫星信号接收系统。

本发明公开一种温度补偿装置，该温度补偿装置用来提供主动偏压至一放大器，该温度补偿装置包含有一电压源；多个负载；以及一电流产生器，该电流产生器用来根据该电压源所提供的电压及该多个负载，产生一电流至该放大器；其中，该多个负载中一第一负载为一热敏电阻，该热敏电阻使该电流在多个环境温度下维持于一特定范围内。

本发明还公开一种卫星信号接收系统，该卫星信号接收系统包含有一天线，该天线用来接收一卫星信号；一射频放大器，该射频放大器耦接于该天线，用来放大该卫星信号；一本地振荡器，该本地振荡器用来产生一本地振荡信号；一混波器，该混波器耦接于该射频放大器与该本地振荡器，用来对该卫星信号及该本地振荡信号进行混波处理，以产生该卫星信号的一降频结果；以及一温度补偿装置，该温度补偿装置用来提供主动偏压至该混波器，该温度补偿装置包含有一电压源；多个负载；以及一电流产生器，该电流产生器用来根据该电压源所提供的电压及该多个负载，产生一电流至该放大器；其中，该多个负载中一第一负载为一热敏电阻，该热敏电阻使该电流在多个环境温度下维持于一特定范围内。

本发明通过稳定电流的方式补偿温度变化的影响，因此可提升晶体管的稳定效果，确保系统正常运作。

附图说明

图1为本发明实施例的一放大电路的示意图。

图2A为本发明实施例的一温度补偿装置的示意图。

图2B显示将图2A的温度补偿装置应用于图1的放大电路的示意图。

图2C为图2B的变化实施例的示意图。

图3及图4为本发明不同实施例的温度补偿装置的示意图。

图5A及图5B为应用本发明的温度补偿装置的卫星信号接收系统的示意图。

主要组件符号说明：

10                                               放大电路

Vin                                              输入信号

Vout                                             输出信号

100                                              放大器

102、20、30、40                                  温度补偿装置

C1、C2                                           电容

N1、N2                                           节点

Id                                               电流

200、300、400                                    电压源

Q21、Q31、Q32、Q41、Q42                          双载子晶体管

R21～R27、R28、R31～R33、R41～R45                电阻

C21、C22、C31～C33、C41、C42                     电容

VCC+、VCC-、V1、VCC                              电压

50                             卫星信号接收系统

500                            天线

502                            射频放大器

504                            混波器

506                            本地振荡器

508、510                       温度补偿装置

So                             降频结果

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例的一放大电路10的示意图。放大电路10用来将一输入信号Vin放大为一输出信号Vout，并可补偿温度对增益的影响，其主要由一放大器100、一温度补偿装置102以及电容C1、C2所构成。放大器100可以是任何形式的放大器，如双载子晶体管、场效应晶体管、达灵顿对晶体管、运算放大器等。需注意的是，“放大器”一词是本领域普通技术人员所熟知的，其不仅形容将信号振幅放大(即增益大于1)的装置，其他具有将信号振幅缩小(即增益小于1)、反相(即增益等于-1)、维持固定(即增益等于1，用于缓冲)等功能的装置皆属本领域所称的放大器，亦可适用本发明的温度补偿机制。如图1所示，温度补偿装置102连接于节点N1、N2，用来提供主动偏压给放大器100，其主要概念是提供稳定的电流Id，避免受温度变化而影响放大器100的增益。

温度补偿装置102的基本架构由多个负载、一电压源以及一电流产生器所构成，而电流产生器根据负载及电压源所提供的电压，产生电流至放大器100。其中，所有负载中至少有一负载为热敏电组，其参数及设置方式使产生的电流能在不同环境温度下维持在稳定的范围内。以下以不同实施例说明温度补偿装置102的可行架构。

请参考图2A，图2A为本发明实施例的一温度补偿装置20的示意图。温度补偿装置20用来实现图1的温度补偿装置102，其包含有一电压源200、一双载子晶体管Q21、电阻R21～R27以及电容C21、C22。电压源200用来提供电压VCC+、VCC-，双载子晶体管Q21的作用为电流产生器，用以根据电压VCC+、VCC-以及电阻R21～R27，产生电流Id。在电阻R21～R27中，视不同需求，电阻R22、R23、R24、R25、R27皆可为热敏电阻，且可省略电阻R23、R24或R27等。若省略电阻R23、R24，则双载子晶体管Q21的基极直接接地，而电阻R22仅接于电压源200；若省略电阻R27，则双载子晶体管Q21的集极接于电阻R25、R26及电容C22所形成的节点。

请继续参考图2B，图2B显示将温度补偿装置20应用于放大电路10。其中，放大器100以一N通道场效应晶体管Q20实现，且省略了温度补偿装置20的电阻R23、R24，并选定电阻R27为热敏电阻，换言之，电阻R27的阻抗会随着温度升高而降低。此外，如本领域普通技术人员所熟知的，N通道场效应晶体管Q20的放大增益会随着栅极电压升高而升高，并随着温度上升而降低。因此，当温度升高时，电阻R27的阻值减少，电压V1升高，则N通道场效应晶体管Q20的栅极电压同步升高，进而使N通道场效应晶体管Q20的放大增益提高，而原本N通道场效应晶体管Q20会因为温度升高而降低增益的特性便因此而得到补偿。

因此，由图2B可知，藉由将电阻R27选定为热敏电阻，当温度上升时，原本因温度升高而降低增益的特性可得到补偿。同理，因温度降低而提高增益的特性亦可得到补偿。简单来说，温度补偿装置20主要目的在于稳定电流Id，使电压V1随温度改变而改变，进而调整N通道场效应晶体管Q20的栅极电压，使其放大增益可适应温度而改变。

需注意的是，图2A、图2B仅用来说明本发明的概念，凡依此所作的各种变化皆属本发明的范畴。举例来说，双载子晶体管Q21亦可视系统需求，改用其他形式的晶体管。另外，由于热敏电阻的初始常温阻值、温度系数的选择性等较受限，可能较难选择出刚好的热敏电阻。因此，可进一步调整各电阻的阻值，或增加并联电阻等。例如，在图2C中，电阻R27还并联一电阻R28。

除此之外，请参考图3，图3为本发明实施例的一温度补偿装置30的示意图。温度补偿装置30用来实现图1的温度补偿装置102，其包含有一电压源300、双载子晶体管Q31、Q32、电阻R31～R33以及电容C31～C33。电压源300用来提供电压VCC，双载子晶体管Q31、Q32为串叠架构，作用为电流产生器，用以根据电压VCC及电阻R31～R33，产生电流Id。在电阻R31～R33中，视不同需求，电阻R31、R33皆可为热敏电阻，且若无法选择出刚好的热敏电阻，可进一步调整各电阻的阻值，或如图2C所示增加并联电阻。

另外，请参考图4，图4为本发明实施例的一温度补偿装置40的示意图。温度补偿装置40用来实现图1的温度补偿装置102，其包含有一电压源400、双载子晶体管Q41、Q42、电阻R41～R45以及电容C41、C42。电压源400用来提供电压VCC+、VCC-，双载子晶体管Q41、Q42形成电流镜，作用为电流产生器，用以根据电压VCC+、VCC-及电阻R41～R45，产生电流Id。在电阻R41～R45中，视不同需求，电阻R42、R44皆可为热敏电阻，且若无法选择出刚好的热敏电阻，可进一步调整各电阻的阻值，或如图2C所示增加并联电阻。

图2A～图2C、图3及图4皆是用来说明图1中温度补偿装置102可行的实施方式，但不限于此，凡是可稳定电流Id，并以电压源、电流产生器以及至少一热敏电阻的负载构成的架构皆适用于本发明。

更进一步地，如前所述，图1中放大器100可以是双载子晶体管、场效应晶体管、达灵顿对晶体管、运算放大器等，且不限于将信号振幅放大的装置。因此，可进一步将本发明的温度补偿装置应用于卫星信号接收系统。

举例来说，请参考图5A，图5A为一卫星信号接收系统50的示意图。卫星信号接收系统50包含有一天线500、一射频放大器502、一混波器504、一本地振荡器506以及一温度补偿装置508。当天线500接收到卫星信号后，射频放大器502会适度放大卫星信号。本地振荡器506用来产生本地振荡信号，而混波器504则对射频放大器502所输出的卫星信号及本地振荡信号进行混波处理，以产生卫星信号的一降频结果So，供后端中频或基频部分处理。其中，温度补偿装置508可与图2A～图2C、图3及图4相同或包含适度变化，用来提供主动偏压给混波器504，并使提供给(或汲取自)混波器504的电流在不同环境温度下维持于特定范围内。如此一来，可确保混波器504中的放大器在不同温度下维持稳定增益，避免剧烈的温度改变导致混波器504无法正常运作。

同理，如图5B所示，亦可以一温度补偿装置510提供主动偏压给本地振荡器506，使本地振荡器506中的放大器在不同温度下维持稳定增益，避免剧烈的温度改变导致本地振荡器506无法正常运作。

综上所述，本发明通过稳定电流的方式补偿温度变化的影响，因此可提升晶体管的稳定效果，确保系统正常运作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书的范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种温度补偿装置，用来提供主动偏压至一放大器，该温度补偿装置包括：

一电压源；

多个负载；以及

一电流产生器，该电流产生器用来根据该电压源所提供的电压及该多个负载，产生一电流至该放大器；

其中，该多个负载中一第一负载为一热敏电阻，该热敏电阻使该电流在多个环境温度下维持于一特定范围内而该主动偏压随温度改变而改变，使该放大器的放大增益可适应温度而改变；

其中该温度补偿装置连接于两个节点，该放大器的输入端和输出端分别连接于该两个节点。

2.如权利要求1所述的温度补偿装置，其中该电流产生器为一双载子晶体管。

3.如权利要求2所述的温度补偿装置，其中该第一负载介于该双载子晶体管的一集极与该电压源之间，或介于该双载子晶体管的一基极与一地端之间，或介于该双载子晶体管的该基极与该电压源之间，或介于该双载子晶体管的一射极与该电压源之间。

4.如权利要求1所述的温度补偿装置，其中该电流产生器包括串叠的一第一双载子晶体管及一第二双载子晶体管，该第一负载介于该第一双载子晶体管的一基极与该放大器之间，或介于该第二双载子晶体管的一基极与该电压源之间。

5.如权利要求1所述的温度补偿装置，其中该电流产生器为一电流镜。

6.如权利要求5所述的温度补偿装置，其中该电流镜包括一第一双载子晶体管与一第二双载子晶体管，该第一双载子晶体管的一基极耦接于与该第二双载子晶体管的一基极与一集极，该第一负载介于该第二双载子晶体管的该集极与一地端之间，或介于该第二双载子晶体管的一射极与该电压源之间。

7.一种卫星信号接收系统，该卫星信号接收系统包括：

一天线，该天线用来接收一卫星信号；

一射频放大器，该射频放大器耦接于该天线，用来放大该卫星信号；

一本地振荡器，该本地振荡器用来产生一本地振荡信号；

一混波器，该混波器耦接于该射频放大器与该本地振荡器，用来对该卫星信号及该本地振荡信号进行混波处理，以产生该卫星信号的一降频结果；以及

一温度补偿装置，该温度补偿装置用来提供主动偏压至该混波器，该温度补偿装置包括：

一电压源；

多个负载；以及

一电流产生器，该电流产生器用来根据该电压源所提供的电压及该多个负载，产生一电流至该混波器的放大器；

其中，该多个负载中一第一负载为一热敏电阻，该热敏电阻使该电流在多个环境温度下维持于一特定范围内而该主动偏压随温度改变而改变，使该混波器的放大增益可适应温度而改变；

其中该温度补偿装置连接于两个节点，该混波器的放大器的输入端和输出端分别连接于该两个节点。

8.如权利要求7所述的卫星信号接收系统，其中该电流产生器为一双载子晶体管。

9.如权利要求8所述的卫星信号接收系统，其中该第一负载介于该双载子晶体管的一集极与该电压源之间，或介于该双载子晶体管的一基极与一地端之间，或介于该双载子晶体管的该基极与该电压源之间，或介于该双载子晶体管的一射极与该电压源之间。

10.如权利要求7所述的卫星信号接收系统，其中该电流产生器包括串叠的一第一双载子晶体管及一第二双载子晶体管，该第一负载介于该第一双载子晶体管的一基极与该放大器之间，或介于该第二双载子晶体管的一基极与该电压源之间。

11.如权利要求7所述的卫星信号接收系统，其中该电流产生器为一电流镜。

12.如权利要求11所述的卫星信号接收系统，其中该电流镜包括一第一双载子晶体管与一第二双载子晶体管，该第一双载子晶体管的一基极耦接于与该第二双载子晶体管的一基极与一集极，该第一负载介于该第二双载子晶体管的该集极与一地端之间，或介于该第二双载子晶体管的一射极与该电压源之间。