CN1230989C

CN1230989C - 发送/接收一体化的射频装置

Info

Publication number: CN1230989C
Application number: CNB011116099A
Authority: CN
Inventors: 安部修二; 工藤雄也; 大泽昌巳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: US7159236B2; JP2002016524A; JP3875458B2; DE60127495D1; US7680509B2; EP1168644B1; US20060195874A1; EP1168644A2; US20020056134A1; DE60127495T2; CN1331517A; EP1168644A3

Abstract

本发明提供了一种发送/接收一体化的射频装置，包括：输入/输出端子，用于输入/输出射频信号；设置在电路板上的接收系统模块，用于处理被提供给输入/输出端子的接收射频信号；包含在发送系统模块中的发送处理部分，发送处理部分包括用于将发射射频信号提供给输入/输出端子的半导体部件，其中发送系统模块设置在电路板上；第一高通滤波器，连接在接收系统模块和输入/输出端子之间，并且其第一截止频率比接收频率的下限频率低；第二高通滤波器，连接到发送处理部分的输出端子，并且其频带中的第二截止频率比第一截止频率低；低通滤波器，连接在第二高通滤波器和输入/输出端子之间，并且其频带中的截止频率比第二截止频率高并且比第一截止频率低。

Description

发送/接收一体化的射频装置

本发明基于并且要求了2000年6月30日申请的日本专利申请号No.2000-198475的优先权，并且这个专利的内容在这里被用作参考。

技术领域

本发明涉及在其终端一侧连接到，例如一个双向有线电视(CATV)网络的发送/接收一体化的射频(RF)装置。

背景技术

随着近年来在广播和通信领域内多媒体技术和数字技术的发展，广播和通信技术的融合将很快实现。例如，CATV线路，其数据传输容量比电话线的数据传输容量更高，可以被用于来构成提供数据通信业务的网络。在这个情形下，用作用户终端的通信设备(例如，个人计算机)，被连接到CATV网络。这个个人计算机，例如，经过这个CATV网络和互联网来访问服务器。

在这个系统中，称作有线电缆调制解调器的单元可以被用作与CATV线的接口，并且被放置在用户的家中，并且这个用户将这个有线电缆调制解调器连接到他的/她的PC上。由此，这个用户可以经过CATV广播中心访问外部网络，例如互联网。有线电缆调制解调器的调谐器的示例被描述在1999年4月13日所出版的日本专利申请公开出版号No.11-103427中。

在CATV广播中，这个中心台使用通常在90兆赫兹到860兆赫兹的RF信号(下行信号)来向每一个用户的家庭发送广播信号。另一方面，其接收端通过有线电缆调制解调器中的一个调谐器对这个RF信号进行一次到3次频率转换，将这个RF信号转换为中频信号，其后，这个中频被进行数字解调。另外，这个接收端可以使用通常5兆赫兹到65兆赫兹的RF信号(上行信号)，从这个独立的用户端侧到中心台发送使用QPSK(正交相移键控)或者16QAM(正交幅度调制)进行数字解调的信息。

下行信号的电平比较弱，在有线电缆调制解调器的输入端子上通常在-15到+15dBmV之间，而在有线电缆调制解调器的输出端子上，上行信号的电平通常在+8到+58dBmV之间。

这个有线电缆调制解调器的上行信号输出端子经过同轴电缆连接到户外线。如果因为间接的雷击而导致产生了过电压，这个有线电缆调制解调器中的半导体器件将被破坏。作为避免因为RF信号线上的过电压所产生的破坏，众所周知的是使用高通滤波器或者二极管来提供保护电路。但是，信号发送电路的输出电平高，其最大有+58dBmV。所以，这个保护电路将产生谐波分量(第二阶谐波或者3阶谐波)。

对上行信号进行控制，以使这个上行信号在时间上不会与来自其它用户的上行信号相互重叠。因为这个目的，发送时间区域被分配到这个上行信号发送电路，并且在不是被分配的发送时间区域的其它时间区域，这个上行信号发送电路被控制并且被设置成非工作状态。如果这个上行信号发送电路继续在这个不是分配时间区域的其它时间区域发送噪声，这个噪声就将叠加在其被分配了这个时间区域的其它用户的上行信号上，并且这个中心台不能够接收正确的信号。

上行信号和下行信号共享同一个同轴电缆。这样，上行信号和下行信号通过这个有线电缆调制解调器中的调谐器内的双工器而进行频率分离。在这个双工器中，需要进行隔离以确保能够避免上行信号和下行信号之间的相互串扰。

另外，如果这个有线电缆调制解调器的部件被进一步减少并且IC的集成度进一步增加，也需要在上行信号和下行信号的中频之间确保隔离。

另外，这个有线电缆调制解调器同时发送上行信号，并且接收下行信号。这样，这个有线电缆调制解调器需要被设计成能够在输出上行信号的时刻和不输出上行信号的时刻均能够稳定地接收下行信号。

在这个有线电缆调制解调器的设计中，如上面所描述的，应注意下述问题。

(1)因为这个上行信号的电平比较高，这个过电压保护电路所产生的谐波分量可能会串扰到比较弱的下行信号。例如，当发送了40兆赫兹的上行信号时，40兆赫兹的3阶谐波(120兆赫兹)将与120兆赫兹的下行信号产生串扰。

(2)如果一个特定用户的有线电缆调制解调器在被分配的发送时间区域外仍然保持激活状态，噪声就被发送到这个同轴电缆，并且中心台将不能够确切地接收来自某些其它用户有线电缆调制解调器的上行信号。

(3)在将用于发送上行信号(发送信号)的电路和用于处理下行中频信号的电路集成在一个LSI中以减少电路部件的尺寸的情形下，上行发送信号可能会在每一个电路和RF处理部件之间的连接线上与下行中频信号发生串扰。

(4)在发送时间区域和非发送时间区域之间，上行信号发送电路被设置为激活/去激活。使用这个激活/去激活，在上行信号发送电路中的电路电流将发生变化，并且在对下行信号进行频率转换的本地振荡器进行供电的电压中将产生纹波。如果在本地振荡器的供电电压中产生了纹波，将会产生虚假的边带信号，并且降低了对下行信号进行接收的质量。

发明内容

本发明已经考虑了上面的情形，并且本发明的一个目的是提供一个高可靠的发送/接收一体化的射频(RF)装置，它能够在有线电缆调制解调器等中实现高的通信质量。

本发明的另一个目的是提供一个发送/接收一体化的RF装置，它能够避免一个过电压变化电路所产生的谐波分量对下行信号产生负面的影响。

本发明的另一个目的是提供一个发送/接收一体化的RF装置，它能够避免向普通线发送噪声，即使上行信号发送电路进行了异常的工作，并且在被分配发送时间区域外仍然进行发送时，并且能够避免噪声对其它用户的上行信号和下行信号产生串扰。

本发明的另一个目的是提供一个发送/接收一体化的RF装置，它能够确保在射频处理部分和连接线之间进行隔离，即使用于产生上行信号的电路和用于处理中频信号的电路被集成在一个LSI的情形下，并且能够保持高的通信质量和可靠性。

本发明的另一个目的是提供一个发送/接收一体化的RF装置，它能够避免在对下行信号进行频率转换的本地振荡器的供电电压中产生纹波，即使上行信号发送电路被在激活状态和非激活状态之间进行切换，并且能够保持对下行信号实现高的接收质量。

为了实现上面的目的，提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：一个输入/输出端子，用于输入/输出一个射频信号；一个接收系统模块，用于接收被提供到输入/输出端子上的第一射频信号，将这个第一射频信号转换为一个中频信号，并且输出这个中频信号；和一个发送系统模块，具有其上提供有第二射频发送信号的一个输入端子，和其上提供有用于控制这第二射频信号的一个输出状态的一个控制信号的一个控制端子，这个发送系统模块根据这个控制信号来控制提供到输入端子上的第二射频信号，并且将被控制的第二射频信号提供到输入/输出端子，其中这个接收系统模块和这个发送系统模块被安装在一单个机壳中。

本发明还提供了一种送/接收一体化的射频装置，它包括：一个输入/输出端子，用于输入/输出一个射频信号；一个接收系统模块，用于处理被提供到输入/输出端子上的一个接收射频信号；一个发送处理部分，包括用于将一个发射射频信号提供到输入/输出端子的一个半导体部件；第一高通滤波器，连接在这个接收系统模块和输入/输出端子之间，并且其第一截止频率(下限频率)比接收频率的下限频率低；第二高通滤波器，连接到发送处理部分的一个输出端子，并且其第二截止频率(下限频率)的频带比第一截止频率低；和一个低通滤波器，连接在第二高通滤波器和输入/输出端子之间，并且其频带中的一个截止频率(上频率限)比第二截止频率高并且比第一截止频率低。

本发明还提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：一个输入/输出端子，用于输入/输出一个射频信号；一个接收处理部分，用于处理被提供到输入/输出端子上的一个下行射频信号；一个发送处理部分，用于经过输入/输出端子输出一个射频上行信号；第一和第二开关装置，被串联在发送处理部分和输入/输出端子之间；一个输出时间段测量电路，用于测量上行射频信号的一个输出时间段；和关闭装置，用于当这个输出时间段测量电路已经检测到上行射频信号的输出时间段超出了一预定时间段时，就关闭这第一和第二开关装置。

本发明还提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：一个类似于框的、包围了一个电路板的外围部分的外部屏蔽板；一个输入/输出端子，被提供在这个类似于框的屏蔽板的一侧；一个内部屏蔽板，用于将这个外部屏蔽板所围绕的电路板分为包括输入/输出端子区域的第一区域和与输入/输出端子相邻的第二区域；一个接收系统模块，形成在电路板的第一区域，用于接收被提供到输入/输出端子上的第一射频信号，将这个第一射频信号转换为一个中频信号，并且输出这个中频信号；一个发送系统模块，形成在电路板的第二区域，用于处理第二发射射频信号，并且将被处理的第二射频信号输出到输入/输出端子；和用于从接收系统模块推断出输出信号的一个输出端，用于将第二射频信号提供到发送系统模块的一个输入端，这个输出端和输入端被提供在外部屏蔽板上与输入/输出端子侧相邻、并且与发送系统模块相对的一侧。

本发明还提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：第一屏蔽板，形成一个矩形的外部罩，并且具有位置相对的第一和第二侧与位置相对的第三和第四侧，由此围绕了一个板的外围；一个输入/输出端子，被提供在第一屏蔽板的第一侧的、偏离第一侧的中心的并且朝向第三侧的一个位置；一个内部屏蔽板，用于将外部罩的内侧部分分成第一区域，第二区域和第三区域，第一区域从输入/输出端子沿第三和第二侧向第四侧延伸，第二区域形成在第一侧与第四侧相接的一个角落位置上，第三区域形成在除第一区域和第二区域以外的其它区域上；一个接收系统模块，形成在电路板的第一区域上，用于接收被提供到输入/输出端子上的第一射频信号，将这个第一射频信号转换为一个中频信号，并且输出这个中频信号；一个输出端子，形成在第一屏蔽板的第四侧上，用于从这个接收系统模块推断出输出信号；一个发送系统模块，形成在电路板的第二区域上，用于处理第二发射射频信号，并且将被处理的第二射频信号输出到输入/输出端子；和一个输入端子，被提供在第一屏蔽板的第四侧上，用于将第二射频信号提供到发送系统模块并且用于提供对第二射频信号进行开/关控制的一个控制信号。

本发明还提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：一个接收系统模块和一个发送系统模块，被安装在一单个板上；第一供电端子，用于向其中一电路电流根据发送系统模块的一个发送信号的开关控制而变化的一个电路进行供电；和另一个供电端子，与第一供电端子分开，用于向除其中电流变化的电路外的所有其它电路进行供电。

本发明还提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：一个输入/输出端子，用于输入/输出一个射频信号；一个接收处理电路，用于处理被提供到输入/输出端子上的一个射频接收信号输入；一个发送处理部分，用于经过输入/输出端子输出一个射频发送信号，这个发送处理部分能够对发送信号的发送进行开关控制；和一个互补电路，用于产生一个互补电流以抑制发送处理部分中电路电流的变化，当发送信号的发送被进行开关控制时其电流就发生变化。

本发明还提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：一个输入/输出端子，用于输入/输出一个射频信号；一个接收处理电路，用于处理被提供到输入/输出端子上的一个射频接收信号输入；一个发送处理部分，用于经过输入/输出端子输出一个射频发送信号，这个发送处理部分能够对发送信号的发送进行开关控制，并且因为对发送进行开关控制而产生的电路电流的变化将被设置在10mA或者更少。

本发明还提供了一种发送/接收一体化的射频装置，它包括：一个信号处理电路，用于处理一个输入信号并且输出这个被处理的信号；和多个增益控制部分，被串联到这个信号处理电路，其中至少一个增益控制部分具有能够以第一步长为单位来控制一个增益的第一增益控制装置，和至少另一个增益控制部分具有能够以第二步长为单位来一个增益的第二增益控制装置，其中第二步长单位比第一步长单位少。

本发明的其它目的和优点将在后面的描述中被提出，并且从这个描述中可以清楚它们中的一部分，或者可以通过对本发明进行实际来了解它们。可以通过工具方法和后面所特别指出的组合来实现和了解本发明的目的和优点。

附图说明

附图被包括在说明中，并且构成了说明的一部分，描述了本发明的优选实施方式，并且与上面所给出的一般描述和下面将给出的优选实施方式的详细描述一起，解释本发明的原理。

图1是显示根据本发明的一个发送/接收一体化的RF装置的一个整体；

图2A和2B显示了一个过压保护电路的示例；

图3A到3D显示了过电压保护电路的其它示例；

图4显示了其中根据本发明将过电压保护电路和一个低通滤波器集成的一个电路的一个示例；

图5A显示了根据本发明的一个开关控制电路的一个示例；

图5B和5C是显示开关控制电路的操作的时序图；

图6显示了根据本发明的RF装置的电路结构的一个示例；

图7显示了根据本发明的RF装置的一个平衡2端电路的一个具体示例；

图8A到8C显示了根据本发明的RF装置的供电端子的示例；

图9A显示了根据本发明的RF装置的一个电流互补电路的一个示例；

图9B是用于描述图9A中电路的操作的一个示例；

图10显示了根据本发明的RF装置的电流互补电路的另一个示例；

图11显示了根据本发明的RF装置的电流互补电路的另一个示例；和

图12显示了根据本发明的RF装置的的一个增益控制系统的一个示例。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明的一个实施方式。

图1显示了应用了本发明的射频装置(RF)的整体结构。一虚线100所表示的一个模块标识了一个接收系统模块，并且一虚线200所表示的一个模块表示了一个发送系统模块。一个CATV网络的一个同轴电缆被连接到输入/输出(I/O)端子10。I/O端子10被连接到一个高通滤波器101。这个I/O端子10也连接到一个低通滤波器(201)(后面将被描述)。输入到I/O端子10的一个下行信号(RF接收信号)经过高通滤波器101被发送到一个自动增益控制(AGC)电路102。这个增益控制输入然后被经过一个放大器103发送到一个开关105和一个高通滤波器104。

开关105的一个输出端子连接到用于UHF的一个UHF带通滤波器106，用于高VHF的一个高VHF带通滤波器111，和用于低VHF的一个低VHF带通滤波器112。一个频带开关控制信号被从一个定时控制电路114提供到这个开关105。UHF带通滤波器106的一个输出端子被连接到一个频率转换器107。高VHF带通滤波器111的一个输出端子和低VHF带通滤波器112的一个输出端子连接到一个频率转换器113。

从频率转换器107和113的输出是中频(IF)信号，并且被使用一个通过IF频带的一个SAW滤波器输入到一个IF带通滤波器125。来自IF带通滤波器125的一个输出被一个放大器108所放大，并且被一个可编程自动增益控制电路109进行增益控制。增益控制IF信号被输入到一个放大器110并且被放大到一预定输出电平。这个被放大的信号被提供到一个IF信号输出部分122的端子。

一个AGC控制电路121被从一个端子123所提供的一个RF AGC信号所进行增益控制。

现在描述发送系统模块200。

一个发送信号经过输入端子212和一个低通滤波器(平衡2端电路)204被输入到一个发送处理部分206。另外，控制信号经过输入端子211被输入到发送处理部分206。发送处理部分206是一个包括半导体器件的电路，用于根据从中心台来的一个指令将发送信号调节在一个最佳电平。这个发送处理部分206被在一个激活状态和一个非激活状态之间进行切换，以根据被提供到端子211的控制信号来停止/开始对发送信号的发送。来自发送处理部分206的一个输出信号经过一个过电压击穿保护电路203，一个高通滤波器202和前述低通滤波器201被提供到I/O端子10。低通滤波器201和高通滤波器101构成了一个双工器。发送处理部分206包括一个时间检测部分，这个时间检测部分能够根据来自控制端子213的信号来检测发送状态已经超过了一个必要的时间段。根据这个检测信号，发送处理部分206停止进行发送。

高通滤波器202的一个截止频率被设置为比发送频带的一个下限频率(通常为5兆赫兹)低。低通滤波器201的一个截止频率被设置为比发送频带的一个上限频率(通常在美国为42兆赫兹，在日本为50兆赫兹，在欧洲为65兆赫兹)高。过电压击穿保护电路203并不是必需的。但是，优选提供这个过电压击穿保护电路来对付如雷电等等所产生的过电压。

高通滤波器202被提供来削弱过电压。因为间接的雷电击等而产生的一个过电压可以被提供到I/O端子10。这样，就必须需要它来避免发送处理部分206的半导体器件被损坏。高通滤波器202，低通滤波器201和接收系统模块100之间的关系将在现在被描述。高通滤波器202的截止频率需要被设置为比发送频带的下限频率(通常为5兆赫兹)低。另外，整个电路的尺寸需要被减少。因为这些目的，使用一个铁氧体芯的一个电感被用作高通滤波器202。但是，众所周知，铁氧体芯能够在其频率特性中产生非线性畸变，对谐波分量进行削波，当高通滤波器通过了高达+58dmB的一个高电平RF信号。例如，当输出一个40兆赫兹的上行信号时，就产生一个3阶谐波分量(120兆赫兹)。因为3阶谐波分量位于接收系统模块100的接收频带内，它将对一个120兆赫兹的下行信号产生串扰。在本发明中，所以，低通滤波器201被连接在高通滤波器202的后面的级中。由此，谐波分量被完全抑制，并且避免对下行信号产生影响。

在本发明的系统中，为了确保能够保护发送处理部分206中的半导体器件，可以提供过电压击穿保护电路203。

图2A和2B显示了过电压击穿保护电路203的示例。在图2A所显示的电路中，串联的稳压二极管221和222被连接在一个信号线220和一个地之间。稳压二极管221和222的正极相互对接。稳压二极管221的负极连接到信号线220，稳压二极管222的负极接地。稳压二极管221的齐纳击穿电压为Vz1，稳压二极管222的正向电压降为VF2，信号线220的电压被保持在Vz1+VF2，即使信号线220上施加有比Vz1+VF2更高的正电压。另一方面，其中稳压二极管221的正向电压降为VF1，稳压二极管222的齐纳击穿电压为Vz2，信号线220的电压被保持在VF1+Vz2，即使信号线220上施加有比VF1+Vz2更高的负电压。

这样，被施加到发送处理部分206中半导体器件上的最大过电压为Vz1+VF2，VF1+Vz2。如果Vz1和Vz2被进行优化设置，半导体器件就可以得到保护。

在稳压二极管221和222的极间电容为设置为Cz的情形下，在信号线220和地之间的电容为Cz/2。这样，就必须将电容减少到一个可以被忽略的程度。作为减少电容的一个方法，重要的是选择其极间电容较小的稳压二极管。一般来说，齐纳击穿电压越低，稳压二极管的极间电容就越大。所以，优选将它们与其它电路进行组合，在需要的情形下。

现在描述图2B所显示的电路。这个电路与图2A中所显示的电路的工作类似。在这个电路中，图2A中稳压二极管221和222连接极性相反。

图3A到3D显示了过电压击穿保护电路的其它示例。在图3A所显示的示例中，一个稳压二极管301和一个稳压二极管303的串联电路与一个稳压二极管302和一个稳压二极管304的串联电路并联在信号线220和地之间。稳压二极管301和303的负极被连接在一起，而稳压二极管302和304的负极被连接在一起。二极管303和304是开关二极管，每一个的极间电容均比较小，并且其反向击穿电压比稳压二极管301和302的反向击穿电压高。

一般来说，被分类为开关二极管的二极管的极间电容较低，但是其反向击穿电压高。

假设，稳压二极管301和302的齐纳击穿电压分别为Vz1和Vz2，并且二极管303和304的正向电压降为VF3和VF4。在这个条件下，即使一个正的过电压Vz2+VF4或者更高的电压被施加到信号线220，信号线220的电压也将保持在Vz2+VF4。另一方面，，即使一个负的过电压Vz1+VF3或者更高的电压被施加到信号线220，信号线220的电压也将保持在Vz1+VF3。这基本上与图2A和2B所显示的情形相同。其中稳压二极管301和302的极间电容为设置为Cz，二极管303和304的极间电容为Cs＝a×Cz，那么信号线220和地之间的电容为2×(Cz+Cs)/(Cz+Cs)＝Cz×(2×a/(1+a))。这意味着通过选择选择a比1/3小的二极管，这个电容可以比图2A和2B中的电容小得多。

在图3B所显示的电路中，与图3A中的电路相比，稳压二极管304和302之间的位置关系被反过来，并且它们的正极被连接在一起。在图3C所显示的电路中，与图3A的电路相比，稳压二极管303和301之间的位置关系被反过来，并且它们的正极被连接在一起。这个电路也具有与前面电路相同的效果。在图3D所显示的电路中，与图3B的电路相比，稳压二极管301和303之间的位置关系被反过来，并且它们的正极被连接在一起。这个电路也具有与前面电路相同的效果。

图4显示了根据本发明，过电压击穿保护电路的一个应用示例。

在这个电路中，稳压二极管401和402构成了一个过电压保护电路，并且整个电路构成了一个低通滤波器。即，稳压二极管401和402构成了低通滤波器的一部分。使用这个结构，可以削弱极间电容所产生的负面影响。

具体地说，一个端400经过一个电感411和电容412被接地，。在电感411和电容412之间的节点被连接到二极管401和402的一个串联电路，并且也同时连接到一个电感413和一个电容414的一端。电感413和电容414的另一个端经过一个电容415被接地并且也连接到端子416。

这样形成的这个低通滤波器是一个75欧姆滤波器，并且其截止频率大约是80兆赫兹。电容412的电容值大约是20到40pF。另一方面，就过电压保护电路401，402的电容来说，Cz/2一般是2到20pF。这样，如果电容412的电容值被减少Cz/2，过电压保护电路的极间电容就不会产生大的负面影响。

图5A显示了本发明RF装置的一个特征部分，它包括发送处理部分206和其外围部件。一个上行信号被从一个输入端501输入到一个可变增益控制放大器502。上行信号经过图1中所显示的发送信号输入端212和低通滤波器204被输入到发送处理部分206。发送处理部分206接收这个发送信号，并且控制其增益，并且产生一个电平被调节的上行信号。上行信号被可变增益控制放大器502进行增益控制，如下面将描述的。可变增益控制放大器502的输出端被连接到一个开关部分503的一个输入端5a。开关部分503的另一个输入端5b经过一个电阻504被接地。开关部分503被连接到一个输出端505。来自输出端505的一个输出信号经过图1所显示的过电压保护电路203被提供到高通滤波器202。

一个控制信号输入端511与图1中所显示的控制信号输入端213相应。输入端511经过串联的反相器512和513被连接到一个与门电路514的一个输入端。反相器512的输出端经过一个电阻515被连接到一个晶体管516的一个基极。晶体管516的发射极被接地，并且其集电极被连接到包括一个电阻和一个电容的一个定时电路517。这个定时电路517被连接在电源端518和一个地之间。定时电路517的输出端被连接到一个比较器522的一个输入端。定时电路517和电源端518之间的节点经过电阻519和520而接地。电阻519和520之间的节点被用于获得一个比较电压。这个比较电压被提供到比较器522的另一个输入端。比较器522的输出端被连接到与门电路514的另一个输入端，并且被连接到放大器502的一个开关控制端。

与门电路514的输出端被连接到开关部分503的一个控制端。开关部分503进行工作来对上行信号进行开关控制，以使上行信号可以在一个被分配的时间段内被发送出去。

下面参考图5B来解释上面所描述的电路的工作原理。

图5B中的(b-1)所表示的一个开关控制信号被输入到控制端511。当开关控制信号处于一个高电平时，晶体管516被关闭，并且定时电路517被充电。这样，被提供到比较器522的一个输入端的信号的波形如图5B的(b-2)所显示的。在这个波形中的最高电平不会超过正常工作范围内的比较电压，并且比较器522的输出被保持在高电平(见图5B的(b-3))。结果，被输入到与门电路514的一个输入端上的信号具有与控制信号(b-1)相同的波形，并且与门电路514的输出的波形也与控制信号(b-1)相同。相应地，开关部分503对这个控制信号作出响应。当这个控制信号处于高电平时，开关部分输出这个上行信号。当这个控制信号处于低电平时，开关部分503不输出这个上行信号。

另一方面，如果因为某些特性的异常情况，控制信号保持在高电平，相应的电路部件具有如图5C所显示的波形。在图5C中，(c-1)表示这个控制信号，并且(c-2)表示定时电路517的输出，这个定时电路517的输出超过了比较电压。结果，当定时电路517的输出超过了比较电压时，比较器522的输出(c-3)的电平从高电平变到低电平。这样，与门电路514的输出(c-4)被设置在低电平。另外，低电平控制信号被施加到增益控制放大器502的控制端子上。在这个状态下，开关部分503被关闭，并且增益控制放大器502被改变为不工作。

因为上行信号在两个级中被截止，就可以更确保发送处理部分206内所产生的噪声不会泄漏到外部。在发送处理部分206的IC外部提供开关部分503而在IC内部提供放大器502的情况下，除非放大器502被完全关闭，否则噪声可以从IC的输出端泄漏出去。但是，在这个系统中，两者均被关闭，所以可以更确信地对噪声泄漏进行抑制，并且不会对处理下行信号等的其它电路产生负面影响。

图6显示了本发明的RF装置的另一个特征部分。

在图6中，标号61表示一个封装模块。一个电路板601被提供在模块61中。图1中所显示的接收系统模块100和发送系统模块200被安装在电路板601上。构成模块61的外围屏蔽的一个屏蔽板602围绕在电路板601的一个外部边缘周围。屏蔽板602的放置位置与电路板的表面垂直，以使能够围绕电路板601。电路板601的平面形状基本上是矩形。

标号603表示从屏蔽板602的一个短边部分6a向外延伸的一个同轴电缆连接部分。RF信号(下行信号)被输入到这个同轴电缆连接部分603，并且上行信号被从这个同轴电缆连接部分603输出。第一分隔板(屏蔽板)604被放置在屏蔽板602的内部并且位于一短侧部分6b，它的位置与同轴电缆连接部分603的位置相对。第一屏蔽板604被安排成在其自己和短边部分6b之间定义了一个距离W1。一第二分隔板(屏蔽板)605被放置在屏蔽板602的内部，并且与一长边部分6c平行。在第二屏蔽板605和这个长边部分6c之间定义了一个距离W2。屏蔽板605的一端与短边部分6a的内表面相邻，并且其另一端与屏蔽板604相邻并且其夹角基本上为90度。

第三分隔板(屏蔽板)606被放置在屏蔽板602的长边部分6c的内表面和屏蔽板605的内表面之间。第三屏蔽板606与屏蔽板602的短边部分6a之间的距离为W3。

在屏蔽板602的一个长边部分6d的内表面和屏蔽板605之间的距离为W4。一个其长度基本上等于距离W4的一个分隔板(屏蔽板)607被放置在屏蔽板602的长边部分6d的内表面和屏蔽板605之间。

结果，区域A，B，C，D和E被电路板601上的多个屏蔽板所定义。接收系统模块被安排在区域B和C中。特别地，用于处理中频的电路部分被放置在区域C中。发送系统模块被放置在区域D中。一个DC-DC转换器300被放置在区域E中。

使用上面的这个结构，发送处理部分206可以如所需要地来处理控制信号和发送信号，在这些信号被输入到这个模块的端子211和213之后。外部电路，端子和发送系统模块可以被安排成其间距离最小。这可以减轻输入到发送系统模块的信号的不必要辐射所产生的、对其它电路的负面影响。这也可以减轻输入到上行信号发送处理部分206的上行信号和控制信号的不必要的辐射所产生的、对其它电路的负面影响。

另外，通过屏蔽板607和604之间所定义的距离，也可以减轻输入到发送处理模块的上行信号和控制信号的不必要的辐射所产生的、对接收系统模块的输出信号(特别地，从端子122所输出的IF信号)的负面影响。另一方面，这也可以减轻接收系统模块的输出信号的不必要的辐射所产生的、对输入到发送系统模块的发送信号的负面影响。

一个DC-DC转换器300被放置在屏蔽板607和604所定义的区域中。由此，DC-DC转换器所产生的不必要辐射被屏蔽板607，604和605和屏蔽板602的长边部分6d所屏蔽。这样，也可以避免这样的辐射对外围电路产生负面影响，并且能够有效地使用屏蔽板607和604之间的区域。

在本发明中，用于从接收系统模块中接收IF信号的一个或者两个输出端子122和用于将控制信号发送到发送系统模块的输入端子212被以预定间隔提供在屏蔽板602的长边部分6d上。输出端子122和输入端子121之间的距离为30mm或者更多，并且为60mm或者更少。

具体地说，在端子之间的每一个距离L1，L2，L3，和L4均为30mm或者更多，并且为60mm或者更少。通过将距离设置在30mm或者更多，就可以减轻输入到发送系统模块的发送信号和控制信号的不必要辐射所产生的、对来自接收系统模块的被接收信号的负面影响。另一方面，也可以减轻来自接收系统模块的被接收信号的不必要辐射所产生的、对输入到发送系统模块的发送信号和控制信号的负面影响。

因为距离被设置在60mm或者更少，所以不需要不必要地延长从产生发送信号的电路连接到这个模块61的连接线，这个发送信号将被输入到模块61，并且也不必要延长用于处理来自接收系统模块的接收信号的电路。所以，可以减少连接线之间的相互感应的负面影响。

本发明也具有如下的特征。

平衡2端输入电路204是一个平衡2端低通滤波器，它在控制信号被输入时就立即不是一个接地电路。这样，在发送信号被输入到模块61后，就可以立即抑制被叠加在发送信号的一个不必要分量。因为低通滤波器没有接地电路，所以从这个发送信号中所去除的一个不必要分量不能够流进模块61的接地电路，并且可以减少这个模块的负面影响。

在因为来自这个模块外的电路所产生的不必要辐射而产生的一个不必要信号已经被叠加在输入到平衡输入端子212的一个发送信号上的情形下，或者在一个时钟信号的同相分量已经被叠加在这个发送信号产生电路上(没有显示)的情形下，根据平衡2端电路的特性，这个同相分量可以被抵消。这样，被叠加在这个发送信号上的一个干扰分量就可以被减少。

图7显示了平衡2端电路(低通滤波器)204的一个示例。在这个电路中，一个电容703被连接在端子701和702之间。这个端子701经过一个电感704和一个电容705的并联电路被连接到一个电容706的一个电极。端子702经过一个电容707和一个电感708的一个并联电路被连接到电容706的另一电极。电容706的一个电极经过一个电感709和一个电容710的一个并联电路被连接到一个电容711的一个电极。电容706的另一个电极经过一个电容712和一个电感713的一个并联电路被连接到电容711的另一个电极。电容711的两个电极均被连接到一个变压器714的一个基本线圈绕组的两端。变压器714的第二线圈绕组被连接到一个输出端715。

本发明的RF装置也具有如下的特征。

图8A显示了被安装在电路板601上的、与电源供电点分开的电路。RF装置被提供有不同的供电端子801和802，供电端子801和802分别与用于处理下行信号的接收系统模块100和用于输出上行信号的发送系统模块200相应。由此，各模块的供电电压可以确保被分隔开。这样，即使发送处理部分206被进行开关控制以发送上行信号并且这个电路电流发生变化，到特别是用于对下行信号进行频率转换的本地振荡器的供电不会受到负面的影响。所以，可以保持接收信号的质量。

在图8B所显示的一个示例中，为接收系统模块100中的本地振荡器10A(与一个锁相环115相应)提供了一个独立的供电端子803。提供了另一个供电端子804来向接收系统模块100的其它电路部件和发送系统模块200进行供电。使用这个结构，即使发送处理部分206被进行开关控制以发送上行信号并且这个电路电流发生变化，到特别是用于对下行信号进行频率转换的本地振荡器的供电也不会受到负面的影响。

在图8C所显示的一个示例中，为一个电流可变电路20提供了一个独立的供电端子805，其中一个电路电流可以发生变化，特别地，当发送系统模块200中的发送处理部分206被进行开关控制以发送上行信号时。提供了另一个供电端子806来为发送系统模块中除这个电流可变电路20外的其它电路和接收系统模块100进行供电。在这个情形下，即使发送处理部分206被进行开关控制以发送上行信号并且这个电流可变电路中的电路电流发生变化，其它电路也不会受到负面影响。

RF装置也具有下面的特征。

图9A显示了用于抑制电路电流发生变化的一个装置，当发送处理部分206中的开关部分503被进行开关控制(见图5)时电路电流就会发生变化。在图9A和9B中，来自放大器502的输出经过开关部分503被发送到输出端505。

开关部分503包括使用半导体器件的开关元件。标号901表示从一个端子903进行供电的一个供电部分。开关部分503被提供了一个控制端子部分902。来自这个与门电路的控制信号被提供到控制端子部分902。供电部分901被提供了连接到供电端子903的一个电流互补电路910。具体地说，端子903被连接到一个晶体管911的一个集电极。晶体管911的一个发射极经过一个电阻912被接地，并且经过一个电阻913被连接到晶体管911的一个基极。晶体管911的基极经过一个电阻915被连接到控制端子部分902。晶体管911的基极经过一个电容914被接地。

现在描述这个开关部分的工作原理。

如果来自与门电路514的控制信号处于低电平，开关部分503被打开，并且消耗电流。另一方面，如果来自与门电路514的控制信号处于高电平，开关部分503被关闭，并且不消耗电流。在这个情形下，但是，晶体管911被打开，并且消耗电流。通过使电流互补电流910的消耗电流基本上等于开关部分503所消耗的电流，从端子903来看，电流的变化可以被减少。例如，如果在电流互补电流910和开关部分503所消耗的电流之间的差异被设置在10mA或者更少，从端子903来看，电流的变化就可以被设置在10mA或者更少，而与开关部分503的开关控制无关。

图9B显示了在端子902上的电流电平在高电平和低电平之间进行切换时，开关部分503的一个消耗电流，电流互补电流910的一个消耗电流，和从端子930来看的一个电流变化。从这可以理解，从端子903来看，电流的变化等于I_α和I_β之间的一个差异。

图10显示了另一个实施方式。在这个实施方式中，提供了与开关部分503相同的一个开关部分503a。开关部分503的一个输出端子被连接到开关部分503a的一个输入端，并且开关部分503a的一个输出端子经过一个端子电阻921被接地。来自与门电路514的控制信号经过一个反相器920被输入到一个控制端子部分902a。被提供了电压的端子903被连接到一个供电部分901a。

由此，开关部分503和503a被控制信号进行互补开关控制。如果它们中的一个被打开，则另一个被关闭。其消耗的电流就进行相反地变化。结果，即使开关部分503被打开或者关闭，从端子903来看，所消耗的电流的变化非常小，并且其变化数量可以减少到10mA或者更少。

图11显示了另一个实施方式。在这个实施方式中，一个开关元件被用作开关部分503，使用这个开关元件，在其被关闭时，端子505经过一个电阻930被接地。被一个FET，特别地是一个GaAsFET所进行开关的一个电路或者部件可以用作这个开关元件，并且其变化数量可以减少到1mA或者更少。

图12显示了根据本发明的RF装置的另一个特征。

特别地，图12显示了图1所显示的本发明的一个特征部分。在本发明中，用于控制RF信号电平的自动增益控制电路102包括具有各种衰减数量的衰减器4a，4b，4c，...。这些衰减器中的一个被AGC控制电路221选择性地连接。RF信号被频率转换器107或者113进行频率转换，然后被可编程自动增益控制电路109进行增益控制。使用这个方法，在本发明的RF装置中，RF增益控制部分和IF增益控制部分被数字控制数据所控制。在RF增益控制部分中，衰减器的衰减数量被以约5dB的步长进行精确地调节。另一方面，在IF增益控制部分中，可以以更精细的步长来进行增益控制。

结果，RF信号和IF信号的增益控制信息是数字数据。这样，来自CATV网络的信号输入的输入电平可以使用确切的AGC信息来理解。

如上面已经描述的，根据本发明，因为间接的雷电而产生的、被施加到I/O端子上的一个过电压被高通滤波器202所衰减，并且发送处理部分206中的半导体元件被保护。即使铁氧体芯被用于高通滤波器202，并且产生了一个不必要的谐波分量，这个谐波分量也能够被低通滤波器201所衰减，并且不会泄漏到接收系统模块或者同轴电缆侧。这样，可以增强整个系统的可靠性。

因为增加了过电压保护电路203，所以进一步增加了保护性能。如果其结构如图2A，2B和3A-3D的过电压保护电路被采用，就可以对负的和正的过电压均执行保护功能。另外，对RF电路有害的极间电容(即，在信号线和地之间的电容)可以被减少。通过混合使用稳压二极管和其电容值较小的普通二极管，就可以进一步减少极间电容。

使用本发明的电路模块的结构，即，其中发送系统模块被放置在屏蔽板602的长边部分6d的内部的结构，发送信号被禁止作为一个不希望的辐射而进入除发送系统模块外的其它电路。因为发送系统模块和IF信号输出部分被屏蔽板604和607所分隔开，所以可以避免用于控制发送系统模块的控制信号对接收系统的IF信号产生负面的影响。另一方面，可以避免IF信号对发送系统模块的发送信号产生负面的影响。

因为连接到这个模块的外部端子是分开的，如图6所显示的，可以减轻用于输入发送信号的端子212和用于获得IF信号的端子122之间的、不希望的辐射的干扰。另外，也可以减轻来自印刷电路板(电路板601)上发送信号连接线和接收信号连接线的不必要辐射的负面影响。

因为DC-DC转换器300被如图6所显示的放置，也可以减轻DC-DC转换器300所产生的不必要辐射、对外部信号，例如发送信号和IF信号的负面相应。

因为使用了平衡2端输入电路(204)，所以被叠加在发送信号上的一个干扰分量可以被减少。因为不具有对地电路的平衡2端输入电路被使用在输入侧(图7)，被叠加在发送信号上的一个不必要分量不会泄漏到地电路上，并且可以增强这个装置的工作性能。

进一步，因为使用了如图8A到8C所显示的供电模式，即使在发送系统模块中开关控制电路的电流发生变化时，频率转换器的性能也不会被降低。用于进行频率转换的本地振荡器的工作是稳定的。

通过采用如图12所显示的增益控制方法，可以获得下面所描述的优点。可以很轻易地获得具有很宽带宽特性的、不贵的固定衰减器。因为衰减器的非线性畸变很小，所以它们很适合用作需要很宽频带特性的、并且需要低畸变特性的增益控制部分。仅使用固定衰减器的切换，是很难获得小步长的增益控制。在本发明中，能够以小步长执行增益控制的可编程增益控制器与具有固定衰减器的增益控制部分相结合，由此实现了能够以小步长进行高性能增益控制的RF装置。在接收系统的情形下，这个系统控制部分能够根据增益控制信息精确地检测输入电平。在发送系统的情形下，可以执行对输出信号的数字控制。

本发明不局限于上面所描述的实施方式。当然，可以对这些实施方式进行选择性的组合来实现这个RF装置。

如上面已经描述的，本发明能够提供用于一个电缆调制解调器中的、具有高可靠性和高通信质量的一个发送/接收一体化的射频装置。

该领域内的技术人员能够很轻易地增加其它的优点并且对本发明进行修改。所以，从更广的角度来说，本发明不局限于这里所显示的和描述的具体细节和代表性实施方式。相应地，可以进行很多修改，而不会偏离如后附权利要求书和其等效所定义的一般发明性概念的精神和范围。

Claims

1.一种发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，包括：

一个输入/输出端子(10)，用于输入/输出射频信号；

一个设置在电路板上的接收系统模块(100)，用于处理被提供给所述输入/输出端子的接收射频信号；

一个包含在发送系统模块(200)中的发送处理部分(206)，所述发送处理部分包括用于将发射射频信号提供给所述输入/输出端子的半导体部件，其中所述发送系统模块设置在所述电路板上；

第一高通滤波器(101)，连接在所述接收系统模块和所述输入/输出端子之间，并且其第一截止频率比接收频率的下限频率低；

第二高通滤波器(202)，连接到所述发送处理部分的输出端子，并且其频带中的第二截止频率比所述第一截止频率低；和

一个低通滤波器(201)，连接在所述第二高通滤波器和所述输入/输出端子之间，并且其频带中的截止频率比所述第二截止频率高并且比所述第一截止频率低。

2.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，所述低通滤波器(201)具有可以消除第二高通滤波器所产生的谐波分量的特性。

3.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，一个过电压击穿保护电路(203)被连接在所述发送处理部分的输出端子和所述第二高通滤波器(202)之间。

4.根据权利要求3所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，所述过电压击穿保护电路(203)包括在信号线和地之间串联连接的两个稳压二极管，具有相同极性的所述两个稳压二极管的电极被连接在一起。

5.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，

所述电路板由框状外部屏蔽板(602)的外围部分所包围；

同轴电缆连接部分(603)设置在所述框状屏蔽板的第一侧；

所述电路板由第一内部屏蔽板(604)划分为第1-4区域(A，B，D，E)以及第5区域(C)，所述第1-4区域位于所述框状屏蔽板的第一侧，所述第5区域位于与所述框状屏蔽板第一侧相对的第二侧；

所述第1-4区域被第二内部屏蔽板(605)进一步划分为包含第1-2区域的区域(A，B)以及包含第3-4区域的区域(D，E)，所述接收系统模块(100)形成在所述第1-2区域(A，B)，所述发送系统模块(200)形成在所述第3-4区域(D，E)；

一个输出端子(122)和一个输入端子(212)设置在所述框状外部屏蔽板(602)的第三侧，所述输出端子(122)用于从所述接收系统模块(100)得到输出信号，所述输入端子(212)用于向所述发射系统模块(200)提供发射射频信号，所述外部屏蔽板的第三侧是第3、4区域和第5区域中的一侧。

6.根据权利要求5所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，所述输入端子(212)和所述输出端子(122)之间的距离被设置为大于等于30mm并且小于等于60mm。

7.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，

所述发射处理部分(206)具有一个信号输入端子(212)，用于引入所述发射射频信号；

一个平衡2端输入电路(204)，连接到所述信号输入端子(212)，用于接收所述发射射频信号，并且将所述发射射频信号发送到所述发送处理部分(206)。

8.根据权利要求7所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，所述平衡2端输入电路是一个平衡2端低通滤波器，所述滤波器在射频信号被输入后并不接地。

9.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，

所述接收系统模块具有用于供电的第一供电端子(801)，

所述发射系统模块具有与第一供电端子分开、且用于供电的第二供电端子(802)。

10.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，

所述发射系统模块具有一个第一供电端子(805)以及另一个供电端子(806)，所述第一供电端子(805)用于向一个电路供电，在所述电路中，电路电流根据所述发送系统模块(200)的发送信号的开/关控制而变化；另一个供电端子(806)与所述第一供电端子分开，用于向除去其中电流变化的所述电路外的所有其它电路供电。

11.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，

所述发送处理部分(206)经过所述输入/输出端子(10)输出发射射频信号，所述发送处理部分(206)能够对发射信号的发射进行开关控制，并且因为对发射进行开关控制而产生的电路电流的变化被设置在10mA或者更少。

12.根据权利要求1所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，

所述接收系统模块(100)包括一个信号处理电路以及多个增益控制部分(102，109)，所述信号处理电路用于处理输入信号并且输出处理后的信号，所述增益控制部分串联连接到所述信号处理电路；

至少其中一个所述增益控制部分具有能够以第一步长控制增益的第一增益控制装置，并且至少所述增益控制部分中的另一个具有能够以小于所述第一步长的第二步长控制增益的第二增益控制装置。

13.根据权利要求12所述的发送/接收一体化的射频装置，其特征在于，

所述第一增益控制装置(102)包括具有不同衰减比率的多个衰减器，以及用于选择性地将多个衰减器中任何一个连接到所述信号处理电路的信号路径的开关装置。