CN1082276C - 一种预分级电路 - Google Patents

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Abstract

在预分级电路的输入上包括偏置发生器，避免了预分级电路的自激振荡。这保证了当预分级电路中的一个差分对中的晶体管从开向关过渡时，其它的差分对将没有跃迁。因此，在没有跃迁的差分对中防止了尖峰。使用这种预分级电路构造的一个正交信号发生器提供了精确输出，无论是弱的还是不存在输入信号。

Description

一种预分级电路
本发明用于提供一种包括一个模拟除法器或无线电频率(RF)预分级电路和一个正交信号发生器，用于数字蜂窝电话或相关应用中。
图1说明一个传统的正交信号发生器包括一个模似二分频电路或者使用射级跟随器逻辑电路的预分级电路。如图所示，输入信号IN和INB均提供给两个晶体管的基级。输入信号IN提供给晶体管Q8和Q18，输入信号INB提供给晶体管Q9和Q19。当收到预定的信号电平时，信号IN将产生在图2A中所说明的信号I和Q。因为输入信号INB完全是信号IN的反向，所以在图2A和2B中没有说明信号INB。
然而在图2A中所说明的理想情况将不会总存在。图1中所说明的电路具有一个固有或自激振荡频率。如果这个频率靠近电路的工作和测量的频率范围，那么一个弱的或不存在的输入信号可能产生一个位于自激振荡频率的输出信号，而不是处于弱输入信号频率上的输出信号。在不是总提供输入信号而电路一直被供电的应用中，这是一个问题。例如，在具有降低不正在使用的部分电路的功率消耗的节能特征的设备中，使用这种电路，将可能引起电路在意外状态下的消耗功率增加。这将导致在图1中说明的正交电路在收到一个输入信号前或后的一个周期内产生一错误信号。
除了象以上讨论的完全错误的信号外，类似于图1中说明的电路可能产生一尖峰信号，产生自激振荡和尖峰的机制是相似的。当提供给输入IN和INB的电压互相十分靠近时(例如，当在弱输入信号情况下或当IN和INB的输入电平正流过零点)，那么，图1中所示的除法器被从一数字双稳态电路转化成具有正反馈的模拟高增益电路，该电路包括差分管Q8、Q9和Q18、Q19。正是这个正反馈导致的有害的尖峰或自激振荡。当然只要输入IN和INB几毫伏的差异，那么电路转化回一个数字电路并且正确的工作。
象在图2中说明的，典型的情况是尖峰发生在这样的输出信号中，该信号是没有正经历一相变的输出信号，而同时其它的输出信号经历了一个相变并且输入通过一个过零点。这些尖峰可能影响使用图1所说明的正交电路输出的电路的性能。这个尖峰可以作为信号相位的变化被探测到，以致于比期望高的正交信号的频率被探测到。另外，输入的噪声可以产生形成不规则间隔的尖峰，因此，下游电路中相位变化的错误探测将比在图2B中所说明的例子更不规律。
当预分级电路是集成电路的部分电路时，在封装以前，电路一般将进行晶片测试。传统的晶片测试使用的测试仪器不能在和一个高频率电路的正常工作范围的频率一样高的频率上工作，这归因于在晶片测试中使用的探测器的长度上的过度感应。因此，晶片测试在较低的频率上进行，尖峰或自激振荡可能破坏这种基本的测试。那么需要一个办法来消除有害的尖峰或自激振荡。
本发明的一个目的是提供一个具有无尖峰输出的预分级电路。
本发明的另一个目的是提供一个即使输入信号电平弱或者输入信号线路是一个开路电路，也将不振荡的预分级电路。
本发明的另一个目的是提供正交信号输出，该信号不具有由预分级电路引起的尖峰。
本发明附加的目的是提供一个正交信号发生电路，在正常工作或测试期间，它不产生错的输出信号。
根据本发明提供的一个预分级电路包括一个偏置发生器，用来接收至少一个具有一输入频率的输入信号，并且产生至少两个具有输入频率但在临界相位有偏置的偏置信号；还包括一个耦合到上述偏置发生器的操作电路，该电路在至少两个偏置信号上工作，产生至少一个输出信号。
通过在输入信号的过零点上偏移临界相位，对于弱的输入信号或者如果在预定频率上没有输入信号而只有噪声，那么操作电路也将工作在数字模式下。因此，避免了操作电路的自激振荡和在过零点上产生尖峰。
这些与其它的目标和优点一起，存在于下文将做详细说明与要求的结构与操作细节中，并参考附图，其中在全文中，相同数字代表相同的部分。
图1是一个传统的具有一个射极跟随器逻辑地由两个双稳态电路分频的正交信号发生器的简要电路图，
图2A和2B是在图1所说明的电路中的信号波形，
图3是根据本发明的具有射极跟随器逻辑地由两个模拟除法器分频的正交信号发生器的一个实施例，
图4是在图3中说明的电路的信号波形，
图5A和图5B是用于根据本发明的正交信号发生器，以产生偏置电压的替换办法的简要电路图。
如在图3中所说明的，根据本发明的预分级电路与在图1中所说明的传统的正交信号发生电路中的预分级电路相似。图1中所说明的传统电路与图3中所说明的正交信号发生电路的差别是在输入端增加了双偏置发生器。不是将输入信号IN，INB直接提供给晶体管Q8、Q9、Q18和Q19的基极，而是将输入信号IN、INB提供给双偏置发生器。图3中所说明的上面的偏置发生器产生信号CLKI和它的反向CLKIB，它们分别提供给晶体管Q8和Q9的基极。图3中所说明的下面的偏置发生器产生输出CLKQ和它的反向CLKQB，它们各自被提供给晶体管Q19和Q18的基极。
产生信号CLKI、CLKIB的上面的偏置发生器中，晶体管Q29、Q30作为一个放大器构成差分对。晶体管Q34、Q35是射极跟随器缓冲器。电流源Q27从电阻25上得到电流产生一个偏置电压，在优选的实施例中，电流和电阻被选择以产生并偏置10毫伏的电压。在输入信号INB过零伏前，即早于由于输入信号INB电压下降导致下面的偏置发生器的晶体管Q39关断，偏置电压导致晶体管Q29关断。由于差分耦合，当晶体管Q29关断时，晶体管Q39接通。因此信号CLKI在信号CLKQ前上升。
产生信号CLKQ、CLKQB的下面的偏置发生器以与上面的偏置发生器相似但对称的方式被建造。晶体管Q40和电阻R33产生相似的偏置电压，当输入电压过零时，该电压导致晶体管Q38在上面的偏置发生器中的晶体管Q30之前关断。因此，信号CLKQ将在信号CLKI之前从高到低。
参考图4，清楚表明CLKI总在IN的正斜率过零点前和IN的负斜率过零点后改变它的状态。另一方面，CLKQ在IN的正斜率过零点点后和负斜率过零点前改变状态。在INB和IN相等的条件下，即过零点期间，Q30导通而Q29关断。类似的，Q39将导通而Q38将关断。这通过电阻R23、R25和电流源Q27和Q40成为可能，电流源Q27和Q40强迫Q29和Q38的基极分别低于Q30和Q39的基极。当IN等于INB时，这轮流导致差分对Q8、Q9和Q18、Q19不平衡。在前一种方式的电路中，这些差分对是平衡的，此条件下导致电路变为具有正反馈的高增益线性放大器。
归因于根据本发明的预分级电路中的附加的偏置发生器，在晶体管Q18和Q19在两个方向上的过渡期间，晶体管Q8将接通而晶体管Q9将闭合。因此，正反馈条件被消除，籍此，防止了自激振荡而且产生一个无尖峰的输出。
本发明不局限于在图3中所说明的实施例。例如，图3说明了一个EFL电路，但是本发明可以应用于使用电流型逻辑(CML)实现的预分级装置和正交电路中，等等。另外，可以使用产生偏置的其他方法。
图3所说明的实施例中，一个固定的电流流过偏置发生器输入端上的四个电阻中的两个，以产生一个偏置。产生偏置的这个方法的两个替换方法在图5A和5B示出。在图5A中说明的替换的实施例中，差分对晶体管的面积域不同。对应于参考字符X1的面积是对应于参考字符X2的面积的两倍大。当差分对的差分输入为零时，构成图5所说明的差分对的两个晶体管面积的差导致尾电流被不相等的分割(2∶1的比例)。这将导致在射极跟随器输出上的一个偏置。因此，如果一个相同的斜坡信号提供给图5A中说明的差分对晶体管的基极，左侧的晶体管会先于右侧的晶体管导通。
在图5B说明的替换的实施例中，通过电阻的比例实现相同的效果，其中一个射极电阻比另一个射极电阻大X倍。当再处于一个零伏差分输入时，图5B中说明的差分对中的左侧的电阻比右侧的电阻将具有较少的电流。这将导致两个输出的射极跟随器具有不等的输出电压。
图5A和图5B所示的电路功能上等于加到图3的偏置发生器电路。所有这些电路将产生相同的偏置信号，其将产生图4说明的CLKI、CLKIB、CLKQ和CLKQB。
发明的许多特征和优点从详细的描述中体现，并且因此计划通过追加权利要求来覆盖发明所有这样的特征和优点，他们属于本发明的真正的精神实质和范畴。另外，因为本领域的技术人员将容易的想到众多的修改和变化，因此，将本发明限制在所说明和描述的严格的结构与操作中，不是所期望的，并且因此所有适合的修改与等效可以被利用，属于本发明的范围。
                      参考数字列表
C1-C7                                   电容
CLKI、CLKIB、CLKQ、CLKQB       内部信号线
IN、INB                                 输入信号线
OUTI、OUTQ                            输出信号线
Q1-Q43                                  晶体管
R1-R39                                  电阻
VCC，GNN                              电源供给线

Claims (5)

1.一种正交信号发生器，用以响应至少一个输入信号而发出I和Q信号，该正交信号发生器包括一个预分级电路，该预分级电路包括一个逻辑除法器，其特征在于所述预分级电路还包括：
一个用以响应至少一个输入信号而偏置该I和Q信号的临界相位的偏置发生器，
2.如权利要求1所述的正交信号发生器，其特征在于，该正交信号发生器配置成接收输入信号和反向输入信号，该偏置发生器产生第一偏置信号和第二偏置信号以及第一反向偏置信号和第二反向偏置信号，
所述偏置发生器产生的第一个偏置信号带有在第二偏置信号跃迁前由低到高的第一跃迁和在第二偏置信号跃迁后由高到低的第二跃迁。
3.如权利要求1所述的正交信号发生器，其特征在于，所述偏置发生器收到所述输入信号和所述反向输入信号，并且包括：
第一个晶体管(Q29)和第二个晶体管(Q30)，提供第一偏置信号和第一反向偏置信号，发射极被耦合在一起，且基极被分别耦合接收反向输入信号和输入信号；
第一个偏置电路耦合到所述第一个晶体管以从第一偏置信号中的反向输入信号的相位中产生一个相位偏移；
第三个晶体管(38)和第四个晶体管(39)，分别提供反向的第二个偏置信号和第二个偏置信号，发射极被耦合在一起，且基极被分别耦合接收输入信号和反向的输入信号；
第二个偏置电路耦合到所述第三个晶体管(38)以从第二个偏置信号中的反向输入信号的相位中产生一个相位偏移。
4.如权利要求3所述的正交信号发生器，其特征在于，
所述第一个偏置电路包括：
第一个电阻(R25)将反向输入信号耦合到所述第一个晶体管(Q29)的基极；和
第一个电流源(Q27)被耦合到所述第一个晶体管(Q29)的基极和所述的第一个电阻(R25)的接点上，从第一个电阻(R25)上得到电流，以在上述第一个晶体管(Q29)的基极上生成一个偏置电压，和
其中，所述第二个偏置电路包括：
第二个电阻(R33)将输入信号耦合到所述第三个晶体管(Q38)的基极；和
第二个电流源(Q40)被耦合到所述第三个晶体管(Q38)的基极和所述的第二个电阻(R33)的接点上，从第二个电阻(R33)上得到电流，以在所述第三个晶体管(Q38)的基极上生成一个偏置电压。
5.如权利要求1所述的正交信号发生器，其特征在于，所述偏置发生器包括：
第一个和第二个晶体管的集电极，提供第一偏置信号和第一反向偏置信号，发射极被耦合在一起，且基极分别被耦合接收反向输入信号和输入信号，上述第一个晶体管的门限电压比上述第二个晶体管小；并且
第三个和第四个晶体管，分别提供第二反向偏置信号和第二偏置信号，发射极被耦合在一起且基极分别被耦合接收输入信号和反向输入信号，上述第三个和第四个晶体管如此构造，如果其基极收到一个相同的斜波信号，那么上述第三个晶体管在上述第四个晶体管之前导通。
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