CN107612515B - 电视调谐器芯片的放大器及其方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了电视调谐器芯片的放大器及其方法。一种放大器包括负增益放大器、负载元件以及跨导器件。负增益放大器具有输入和输出。负载元件具有耦合至电源电压端子的第一端子以及第二端子。跨导器件具有：耦合至负载元件的第二端子的第一电流电极；耦合至负增益放大器的输出的控制电极以及耦合至负增益放大器的输入的第二电流电极。

Description

电视调谐器芯片的放大器及其方法
本发明专利申请是2014年5月16日提交的申请号为201410208505.7，名称为“电视调谐器芯片的放大器及其方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开总地涉及放大器电路，更具体地涉及电视调谐器芯片中使用的放大器电路。
背景技术
接收机电路用于电视机、数字视频记录器、盒式视频记录、机顶盒设备(例如有线电视和卫星调谐器)、调频(FM)无线电、模型和其它电子设备中的地面接收和有线接收两者。一些智能电话也利用用于电视接收的接收机电路。一般来说，这些接收机电路包括从具有多个信道的广带或宽带信号中选择窄带信号的调谐器。调谐器包括带通滤波器、放大器和混频电路，用以选择要求的信道并拒绝不想要的信道、噪声和干扰。
电视信号可在多个不同频率下广播，包括超高频(UHF)、甚高频(VHF)和高频(HF)频带。国际电信联盟(ITU)将UHF频率范围定义为涵盖300MHz至3GHz之间的电磁波。VHF占据从大约30MHz至300MHz范围内的频率，而HF占据从大约3MHz至30MHz范围内的频率。
电视接收机通过纳入具有优越噪声系数(NF)的低噪声放大器电路来高质量地处理地面信号，因为该地面信号一般具有显著的不同信道间信号功率差。另外，电视接收机通过具有某一回程损耗(RL)的电路处理有线电视信号以避免接收的信号中的衰减(并具有可接受的NF)，因为在有线环境中，功率跨多个信道趋于相对均匀并得到良好的控制。在一些新兴市场中，电视接收机，尤其是接收机的相应电路既需要良好的NF又需要良好的RL以处理优质的有线电视信号。同时，线性度也必须是高的。然而，某些电视接收机电路可能与其它对应的接收机电路的操作形成干扰，由此这些电路必须接受良好噪声系数、良好回程损耗和线性度之间的取舍，因为使所有这三个参数尽如人意是困难的。
附图简述
通过参照附图，能更好地理解本发明，而且使本发明的多个特征和优点对本领域技术人员显而易见，在附图中：
图1以部分框图和部分示意图形式示出根据一个实施例的电视接收机；
图2示出可用于图1的电视接收机的电视接收机的一部分的示意形式；以及
图3以部分框图和部分示意形式示出可用来理解图2放大器的工作的电视接收机的一部分的电气模型。
在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的零件。
具体实施方式
图1以部分框图和部分示意形式示出根据一个实施例的电视接收机100。例如图1所示，电视接收机100一般包括天线110和电视调谐器芯片120。天线110也可由同轴电缆或其它信号源取代。
电视调谐器芯片120包括：键合焊盘122，该键合焊盘122形成电视调谐器芯片120的端子并接收被标示为“RFIN”的输入信号；键合焊盘124，该键合焊盘124形成电视调谐器芯片120的端子并提供被标示为“LTOUT”的输出信号；具有环通输出的低噪声放大器130；开关矩阵140；一组跟踪滤波器150；混频器和组合器160；可编程增益放大器(PGA)170；模数转换器(ADC)172；PGA 180；ADC 182；以及数字信号处理器(DSP)和解调器块190。这组跟踪滤波器150包括代表性的跟踪滤波器152、154。
天线110传递射频(RF)广播信号。键合焊盘122连接至天线110以接收RFIN信号。放大器130具有：连接至键合焊盘122以接收RF输入信号的输入；连接至键合焊盘124以提供LT输出信号的第一输出；以及第二输出。开关矩阵140具有连接至放大器130的输出的输入以及一组输出。跟踪滤波器150中的每一个具有连接至开关矩阵140的相应输出的输入以及输出。混频器和组合器160具有一组输入，每个输入连接至跟踪滤波器150的相应输出，其第一输出用于提供被标示为“I”的同相中频(IF)输出而第二输出用于提供被标示为“Q”的正交IF输出。PGA 170具有连接至混频器和组合器160的第一输出以接收信号I的输入、控制输入以及输出。ADC 172具有连接至PGA 170的输出的输入，以及输出。PGA 180具有连接至混频器和组合器160的第二输出以接收信号Q的输入、控制输入以及输出。ADC182具有连接至PGA180的输出的输入，以及输出。DSP和解调器块190具有连接至ADC 172的输出的第一输入、连接至ADC 182的输出的第二输入、以及用于提供被标记为“TV输出”的信号的输出。
在操作中，电视接收机100通过使用单个放大器130为电视接收机的操作提供良好的NF，并在输出端子提供环通信号而不影响输入侧的RL。放大器130在RF输入键合焊盘从天线110接收信号RF输入，并将放大的内部信号提供给开关矩阵140。开关矩阵140选择其调谐范围对应于选定的电视信道的合适跟踪滤波器。例如，在电视调谐器芯片120中，跟踪滤波器152对应于最低电视信道，而跟踪滤波器154对应于最高电视信道。混频器和组合器160随后将经滤波的信号与合适的本机振荡信号混频以提供在要求的IF下的选定信道(例如44MHz),并将IF信号分离成同相(I)和正交(Q)分量。使用公知的自动增益控制(AGC)技术分别在PGA170、180中调节信号电平。ADC 172、182将PGA 170、180的输出转换成数字信号，DSP和解调器块190在数字域进一步对其进行处理并将其解调以形成TV输出信号。
放大器130也提供LT输出信号以供另一调谐器使用。该信号是允许接下来的调谐器调谐不同信道的宽带信号。如下文中将要解释的那样，放大器130从内部节点提供该信号而不使用可能对输入端子形成负载的单独放大器。如此，提供端子124处良好的RL，同时也对放大器130的两个输出提供低NF。
图2示出可用于图1的电视接收机100的电视接收机的一部分200的示意形式。对于图2所示的例子，部分200总体包括环通放大器210、一组可选择切换的谐振负载220以及负增益放大器230。
环通放大器210包括电容器212、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)214、电阻器216、缓冲器218、负载元件232、电容器234以及MOSFET 236。电容器212具有用以接收RF输入信号的第一端子以及第二端子。MOSFET 214具有漏极、用于接收被标示为“V输出”的信号的栅极以及源极。电阻器216具有连接至MOSFET 214的源极的第一端子以及连接至电容器212的第二端子的第二端子。缓冲器218具有连接至MOSFET 214的栅极以接收信号V输出的输入以及提供LT输出信号的输出。负载元件232具有连接至电源端子的第一端子以及用于提供信号V输出的第二端子。电源端子可以是整个芯片的电源端子、内部的局部电源或低阻偏置节点。电容器234具有连接至电容器212的第二端子的第一端子以及第二端子。MOSFET 236具有连接至负载元件232的第二端子和缓冲器218的输入的漏极以提供信号V输出、连接至电容器234的第二端子的栅极以及连接至接地端子的源极。接地端子可以是整个芯片的接地端子、局部接地端子或内部低阻抗接地节点。负载元件232、电容器234和MOSFET 236一起形成负增益放大器230。
谐振负载220中的每一个形成谐振网络，该谐振网络包括可调谐电容器222、电感器224和开关226。可调谐电容器222具有连接至电源端子的第一端子、第二端子以及接收被标示为“TUNING(调谐)”的控制端子。电感器224具有连接至电源端子的第一端子以及连接至可调谐电容器222的第二端子的第二端子。开关226具有：连接至可调谐电容器222的第二端子以及电感器224的第二端子的漏极以提供被标示为“TF输出N”的一组信号中的一个；接收被标示为“SELECTN(选择N)”的对应的一组选择信号中的一个的栅极以及连接至MOSFET 214的漏极的源极。
环通放大器210放大RF输入信号并且既提供用于环通操作的宽带输出信号又提供被调谐至具有低NF的选定信道的窄带输出信号，同时保留输入节点上的良好RL。它使用反馈以解耦NF和RL，并提供环通输出而不对输入形成负载，若对输入形成负载可能使RL劣化。
在负增益放大器230中，MOSFET 236通过电容器212、234接收AC耦合的RF输入信号，并根据MOSFET 236的跨导将信号转换成在MOSFET236漏极处的电流。负增益放大器230使用具有相对小的电阻的负载元件232来将电流转换成具有高带宽的信号V输出。负增益放大器230的电压增益(AV)等于：
AV＝-gm x RL [1]
其中gm是MOSFET 236的跨导，RL是负载元件232的电阻。信号V输出是具有低NF的宽带信号，由此使其适于用作(或产生)环通信号。缓冲器218是宽带缓冲器，它将LT输出信号提供给调谐器芯片的对应输出端子。
环通放大器210也使用信号VOUT来调制MOSFET 214的传导性。在MOSFET 214漏极处的电流信号被驱动到谐振负载中，这是根据选定信道的频带由开关226之一选择的。谐振负载被调谐至选定信道的中心频率，而TF输出是围绕选定信道的中心频率居中的窄带信号。环通放大器210使用电阻器216以改善MOSFET 214的线性度。
由此，环通放大器210是具有内部宽带节点的低噪声放大器，它可用来产生环通输出。环通放大器210提供具有良好NF的宽带LT输出信号以供单独电视调谐器使用，同时提供由信号源观察到的良好RL。
图3示出可用于理解图2放大器200的操作的电视接收机的一部分的电气模型300的局部框图和局部示意形式。电气模型300总地包括天线110、缓冲器218、MOSFET 314、电阻器316、一组负载元件320以及负增益放大器330。
天线110被建模为被标示为“RS”的源电阻器112以及被标示为“VS”的电压源114。源电阻器112具有第一端子和第二端子。电压源114具有连接至源电阻器112的第二端子的第一端子以及连接至接地端子的第二端子。缓冲器218具有接收信号V输出的输入以及提供LT输出信号的输出。
MOSFET 314具有漏极、连接至缓冲器218的输入以接收电压信号V输出的栅极以及源极。电阻器316具有连接至MOSFET 314的源极的第一端子以及连接至源电阻器112的第一端子的第二端子。
这组负载元件320中的每一个具有连接至电源端子的第一端子以及连接至MOSFET314的漏极的第二端子。作为输入的负增益放大器330连接至源电阻器112的第一端子和电阻器316的第二端子，并作为输出连接至缓冲器218的输入和MOSFET 314的栅极电极以提供信号V输出。
负增益放大器330对应于图2的负增益放大器230。天线110被建模为源电阻器112与时变电压源114串联。MOSFET 314、电阻器316和负增益放大器330形成负反馈环并提供由天线110观察到的特定阻抗。由于电压源114观察到RS 112加上特定阻抗，天线110产生RF电流信号，它流过电阻器316、MOSFET 314以及谐振负载220以提供TF输出信号。另外，环通放大器210将形成在负增益放大器330输入处的电压放大，并且缓冲器218提供电压信号LT输出。
负反馈环由MOSFET 314、电阻器316、源电阻器112和负增益放大器330形成。MOSFET 314和电阻器316可被视为组合器件，并且其对TF输出的噪声贡献减小(1+AV)2，其中AV是放大器330的增益，它大于1。这种关系意味着由该组合器件造成的TF输出噪声功率降低至少4倍，这有助于显著地减小NF。此外，负增益放大器330对TF输出的噪声贡献与其输入有关的噪声电压成正比。对于给定的AV,gm1越高，其噪声贡献越低。由天线110观察到的输入阻抗(Rin)为：
Figure BDA0001422490160000061
其中gm1是负增益放大器330中的MOSFET的跨导，RL是负增益放大器330中的负载的电阻，gm2是MOSFET 314的跨导，而R316是电阻器316的电阻。
通过适当地选择负增益放大器330的参数，MOSFET 314的线性度通过放大器210的环的实现而被放大，由此基于选定的TF输出信号的线性度和RS、RIN的值缩放LT输出信号的线性度。由于不需要高功率和高线性设计的反馈环，负增益放大器330的线性度也得以提高。诸如放大器210的放大器的结构较为有利地提供可用于环通目的(即形成信号LT输出)的宽带节点，而无需增加对RF输入信号形成负载并危及RL的独立放大器。此外，放大器210是可配置的。例如，可增加反馈增益以减小NF并增加地面接收的线性度。
在各实施例中，图1-3的功能可以形成在单个集成电路上，或形成在使用不同数量的集成电路组合的多个集成电路上。
图2和图3又示出使用源负反馈电阻216、316以改善线性度的放大器200、300。在其它实施例中，各电路元件可通过电阻器或其它电路元件耦合至其它电路元件以获得例如改善的线性度的结果。
在其它实施例中，MOSFET 214、236和314可由其它类型的绝缘栅场效应管(IGFET)和跨导器件来取代。在其它实施例中，漏极电极可以是任何第一电流电极，栅极电极可以是任何控制电极，而源极电极可以是任何第二电流电极。例如，MOSFET 214、236和314也可用对应的双极晶体管来取代。此外，尽管MOSFETS 214、236和314是N沟道MOSFET，然而其它实施例可使用P沟道和N沟道晶体管两者，这些晶体管具有差分或互补的(P沟道/N沟道)架构。在本文中使用的，“MOSFET”指IGFET，不管其栅类型如何，并因此包括金属栅器件、硅栅器件或硅化物栅器件。
在图2中，每个谐振负载220包括与电感器并联的可变电容器。在其它实施例中，可使用其它类型的已知谐振负载，该谐振负载适于调谐6-8MHz的电视信道。
以上公开的主题被认为是解说性而不是限制性的，而且所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的真实范围中的所有这些修改、加强以及其它实施例。因此，为了获得法律允许的最大范围，本发明的范围将由所附权利要求和它们的等价物所允许的最宽泛解释来确定，而且不应当受以上详细描述约束或限制。

Claims (20)

1.一种用于放大器的方法，包括：
接收RF信号；
通过一负值放大所述RF信号以形成环通电压；
通过一正值放大所述环通电压以提供电流；以及
根据至基准电压端子的谐振值对所述电流滤波以形成跟踪电压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤波进一步包括利用调谐信号调谐所述谐振值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放大所述环通电压进一步包括通过选择地切换所述谐振值来放大。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据至基准电压端子的谐振值对所述电流滤波包括在所述谐振值和至少一个其它选择地切换的谐振值之间选择地切换。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过一负值放大所述RF信号以形成环通电压包括：
将所述RF信号转换为第一电流；以及
穿过第一负载元件提供所述第一电流；以及
根据所述第一负载元件的端子上的电压形成所述环通电压。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述RF信号转换为第一电流包括：
根据第一跨导器件的跨导形成所述第一电流。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过一正值放大所述环通电压以提供电流包括：
在第二跨导器件的控制电极处接收所述环通电压；以及
根据所述第二跨导器件的跨导形成所述电流。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
利用与电感器并联的电容器形成所述谐振值。
9.一种用于调谐器芯片的方法，包括：
在所述调谐器芯片的输入端子处接收RF信号；
通过一负值放大所述RF信号以形成环通电压；
通过一正值放大所述环通电压以提供电流；以及
根据至基准电压端子的谐振值对所述电流滤波以形成跟踪电压。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
对所述环通电压缓冲以提供环通输出信号；以及
将所述环通输出信号提供至所述调谐器芯片的输出端子。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述滤波进一步包括利用调谐信号调谐所述谐振值。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述放大所述环通电压进一步包括通过选择地切换所述谐振值来放大。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据至基准电压端子的谐振值对所述电流滤波包括在所述谐振值和至少一个其它选择地切换的谐振值之间选择地切换。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述通过一负值放大所述RF信号以形成环通电压包括：
将所述RF信号转换为第一电流；以及
穿过第一负载元件提供所述第一电流；以及
根据所述第一负载元件的端子上的电压形成所述环通电压。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述将所述RF信号转换为第一电流包括：
根据第一跨导器件的跨导形成所述第一电流。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据第一跨导器件的跨导形成所述第一电流包括：
根据第一绝缘栅场效应晶体管的跨导形成所述第一电流。
17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述通过一正值放大所述环通电压以提供电流包括：
在第二跨导器件的控制电极处接收所述环通电压；以及
根据所述第二跨导器件的跨导形成所述电流。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述在第二跨导器件的控制电极处接收所述环通电压包括：
在绝缘栅场效应晶体管的控制电极处接收所述环通电压。
19.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
利用与电感器并联的电容器形成所述谐振值。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述电容器是可调谐电容器。
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