DE19810620A1 - Frequenzkompensierte PIN-Diodendämpfungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Hochfrequenz-Tuner und insbesondere auf PIN-Diodendämpfungseinrichtungen für Hochfrequenz-Fernseh­ empfängertuner, die in einem Frequenzband arbeiten, welche sich von 50 bis 800 MHz erstreckt.

Es ist bekannt, daß in diesem Frequenzband Streukapazitäten, parasitäre Kapazitäten, Leitungslängen, sowie Bauelementekonfigurationen und die Anordnung häufig kritisch in bezug auf eine akzeptierbare Funktionserfüllung sind. Mit dem Auftreten von digitalen Advanced Television (ATV) hat die Bedeutung von linearen Tunern im Breitbandbereich noch größere Bedeutung gewonnen.

PIN-Diodendämpfungseinrichtungen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Schwierigkeit bei solchen Einrichtungen besteht darin, daß die PIN-Diode niemals ein idealer Leerlauf oder Kurzschlußkreis ist, wenn die sehr hohen Frequenzsignale, die für HDTV Anwendungen erforderlich sind, verarbeitet werden. Tatsächlich weist die PIN-Diode Charakteristika auf, die im Zusammenhang stehen mit einer Parallelschaltung eines Widerstandes und einer kleinen Kapazität. Deswegen hat bei höheren Frequenzen die Dämpfung eines seriengeschalteten PIN-Diodendämpfungselementes die Tendenz, seine Funktion zu versagen. Darüber hinaus verstärkt sich dieses Problem, wenn der AGC (Automatic Gain Control) Bereich betrachtet wird, weil der Einfluß auf den AGC Bereich für die Dämpfung der Signale im höheren Frequenzbereich des Frequenzbandes herabgesetzt ist. Weil die PIN-Dioden­ dämpfungseinrichtung im vorderen Bereich der RF Tunereinheit angeordnet ist, ist es äußerst wichtig, daß eine maximale Dämpfung und eine flache Frequenzcharakteristik erreicht wird, um die Tunerschaltkreise von einer Signalüberlast zu schützen. Die vorliegende Erfindung dehnt den nutzbaren AGC Bereich wesentlich aus und dient der Kompensation der frequenzabhängigen Steigung, die das PIN-Diodendämpfungselement anderenfalls über das interessierende Frequenzband aufweisen würde.

Eine zentrale Aufgabe der Erfindung ist es, ein PIN-Diodendämpfungselement für Hochfrequenzfernsehen und andere Signale zu schaffen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein PIN-Diodendämpfungselement anzugeben, welches derart kompensiert ist, daß sich eine relativ flache Frequenzcharakteristik entlang eines großen Bereichs von Signalfrequenzen und eines weiten Bereichs von AGC Niveaus ergibt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kompensierte PIN-Diodendämpfungseinrichtung zu schaffen, die niedrige minimale Einsetzverluste (low minimum insertion loss) aufweist und kostengünstig in der Herstellung ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 6 dargestellte Einrichtung gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 5 hervor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich beim Studium der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Dabei sind:

Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches Diagramm des kompensierten PIN-Diodendämpfungselementes gemäß Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Erläuterung der Anordnung der Kompensationsinduktivitäten zum Erreichen eines negativen gegenseitigen Kopplungskoeffizienten,

Fig. 3 und 4 Skizzen zur Erläuterung der Vor- und Rückseiten eines gedruckten Schaltkreises für die Realisierung der Erfindung und

Fig. 5 die Darstellung einer Reihe von Kurven zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung.

Fig. 1 zeigt dargestellt durch die gestrichelte Linienumrandung eine Fernsehtunervorderseite 10. Ein Koaxial-Eingangsanschluß 12 empfängt Signale im Frequenzband von 50 bis 800 MHz. (Es sei hier erwähnt, daß Signale höherer Frequenz im Bereich von einigen GHz, ebenfalls angedacht sein können). Die Eingangsimpedanz beträgt etwa 75 Ω. Das ausgewählte Signal ist über einen Kondensator 14 und einen Kondensator C1 mit der Anode einer PIN-Diode D1 verbunden. Eine Spannungsquelle konstanter Gleichspannung (B+) ist über eine Spule L4 mit einer Verbindung A zwischen den Kondensatoren 14 und C1 verbunden. Eine variable AGC Spannung (Automatic Gain Control) wird über eine Spule L1 an die Verbindung zwischen dem Kondensator C1 und der Anode der PIN-Diode D1 angelegt. Die Kathode der PIN-Diode D1 (Verbindung B) ist über einen Kondensator 18 mit einem Anschluß 19 verbunden, welcher ein Signal an einen RF und Mixerschaltkreis (nicht dargestellt) in dem vorderen Bereich des Tuners 10 liefert. Die PIN-Diode D2 ist mit ihrer Anode mit dem Anschluß A und mit ihrer Kathode mit den seriengeschalteten Kompensationsinduktivitäten L2A bzw. L2B verbunden. In ähnlicher Weise ist die Kathode der PIN-Diode 3 mit dem Anschluß B und deren Anode mit den seriengeschalteten Kompensationsinduktivitäten L3A und L3B verbunden. Die anderen Anschlüsse von L2B und L3B sind miteinander über einen Widerstand 24 verbunden und getrennt mit der Bezugserde jeweils über Paare von parallel geschalteten Bypasskapazitäten C2, C4 und C3, C5 verbunden. Ein Schaltkreis, der aus einer Serienschaltung einer Induktivität 26 und eines Widerstandes 28 besteht, ist verbunden zwischen dem Anschluß B zum Erdpotential, um die Gleichstromschleife zu schließen, welche den Widerstand der Serie-PIN-Diode D1 und den Widerstand der Shunt-PIN-Dioden D2 und D3 regelt. Wie durch die Bezeichnung "-M" in der Fig. 1 dargestellt ist, befinden sich die Induktivitäten L2A, L2B und L3A, L3B in einer gegenseitigen Kopplungsanordnung miteinander derart, daß sie einen negativen Kopplungskoeffizienten erzeugen.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Induktivitäten L2A, L2B und L3A, L3B in der Form von metallisierten Folien (Streifenleitungen) auf gegenüberliegenden Seiten eines gedruckten Schaltkreises (nicht dargestellt) ausgeführt. Die Folien sind in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander entlang ihrer Längenabmessungen angeordnet und überdecken einander. Die Induktivitäten L2A und L2B befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der gedruckten Schaltung (Platine) und sind miteinander über durch Durchkontaktierungsbohrungen, d. h. Löcher 30 und 32, jeweils verbunden. In ähnlicher Weise befinden sich die Induktivitäten L3A und L3B auf gegenüberliegenden Seiten der Platine und sind miteinander über die durchkontaktierten Bohrungen 36 und 34 jeweils verbunden. Die Verbindungen sind so gestaltet, daß die hierin fließenden Signalströme in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, wodurch ein negativer gegenseitiger Kopplungskoeffizient zwischen den Induktivitäten erzeugt wird.

In der praktischen Ausführung ist die Vorderseite des Tuners in miniaturisierter Form auf einer Hochqualitätsplatine (Glas) ausgeführt, wobei die Kompensationsinduktivitäten L2A, L2B und L3A, L3B gedruckte leitfähige Folien darauf aufweisen und mit einer benachbarten Erdverbindungsfolie ausgestattet sind. Wie der Fachmann leicht erkennt, ist die gesamte Anordnung so ausgeführt, daß Leitungslängen zu den verschiedenen Bauelementen, die einen sehr ernsthaften Verschlechterungseffekt auf das Funktionsverhalten des Schaltkreises ausüben könnten, eliminiert bzw. minimiert sind.

Ohne daß die Erfindung hierauf begrenzt wäre, bestehen alle Kopplungskapazitäten aus einem Wert von 0,02 µF, der Widerstand 24 beträgt 470 Ω, der Widerstand 28 beträgt 5600 Ω und alle Spulen (chokes) weisen einen Wert von 1,5 mH auf. Die Kapazitäten und Widerstände sind alle SMD Bauelemente (oberflächenmontierte Typen). Die Werte der Induktivitäten L2A, L2B, L3A, L3B und der Gegeninduktivität M sind sehr klein, zwischen einem und mehreren nH, und sind im wesentlichen abhängig von der parasitären Kapazität der Diode D1 und von dem Frequenzbereich der Kompensation. Die Dioden sind geläufige Typen von PIN-Dioden, vorzugsweise solche mit einer OFF-Kapazität, die den Wert von 1,25 pF nicht überschreitet.

Die Ausführung des gedruckten Schaltkreises für die kompensierte Tunervorderseite ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt, welche jeweils die entgegengesetzten Seiten der Platine zeigen. Ein Übereinanderbringen der Eckenbezeichnungen A, B, C und D in den Fig. 3 und 4 gibt die Folienanordnung und die Anordnung der Bauelemente des tatsächlich verwendeten gedruckten Schaltkreises wieder. Die Flächen der Erdverbindungsfolien sind in den Fig. 3 und 4 jeweils mit 22 und 23 bezeichnet, wobei die offenen Flächen mit 38 identifiziert sind. Wie leicht erkennbar ist, überbrücken die oberflächenmontierten Bauelemente Abschnitte der Folien, um die Schaltkreisanordnung, wie sie im schematischen Diagramm von Fig. 1 niedergelegt ist, zu bilden. Diese Art der Gestaltung ist typisch bei der hochfrequenzmäßigen Auslegung und bedarf daher für den Fachmann keiner weiteren detaillierten Beschreibung. Besondere Aufmerksamkeit sollte jedoch der Anordnung der Induktivitäten L2A, L2B, L3A und L3B gewidmet werden.

Fig. 5 zeigt drei Kurvenverläufe, wobei Kurve 60 die Frequenzabhängigkeit der maximalen Dämpfung der PIN-Diodendämpfungseinrichtung ohne jegliche Kompensation, Kurve 70 die Dämpfung des Schaltkreises mit einem ersten festen Wert von Spannung B+ und Kurve 80 eine ähnliche Darstellung mit einem dazu unterschiedlichen festen Wert der Spannung B+ darstellt. In dem Bereich, der für Fernsehsignale von besonderem Interesse ist (500 MHz bis 860 MHz), sind die kompensierten Kurven 70 und 80 relativ flach und weisen einen hohen Dämpfungsgrad auf, wenn man sie vergleicht mit der unkompensierten Kurve 60. Die Vorteile des Kompensationsschaltkreises gemäß der Erfindung gehen also klar aus diesen Kurven hervor.

Die vorherige Beschreibung bezieht sich auf eine Breitband-PIN-Diodendämpfungseinrichtung mit niedrigen Verlusten und mit einer relativ flachen Frequenzcharakteristik in einem großen Bereich von Dämpfungspegeln.

Claims (6)

1. Breitbanddämpfungseinrichtung zur Übersetzung eines Bandes von Hochfrequenzsignalen, wobei die Dämpfungseinrichtung einem Bereich von AGC-Signaldämpfungspotentialen unterworfen ist, bestehend aus
einem Eingang und einem Ausgang,
einer ersten PIN-Diode, die in Serie geschaltet ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang, wobei die erste PIN-Diode eine frequenzabhängige Steigung in Abhängigkeit vom Frequenzband und vom AGC Bereich aufweist,
einer zweiten und einer dritten PIN-Diode, die an entgegengesetzte Anschlüsse der ersten PIN-Diode angeschlossen sind,
Mitteln zur Herstellung einer Wechselstromerde (AC ground) und
aus Kompensationsmitteln, die die Kathode der zweiten PIN-Diode und die Anode der dritten PIN-Diode mit der Wechselstromerde jeweils verbinden, um die frequenzabhängige Steigung der ersten PIN-Diode zu kompensieren.

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsmittel beinhalten:
erste und zweite Induktivitäten, die die Kathode und die Anode jeweils mit der Wechselstromerde verbinden und
Mittel zur Herstellung eines negativen gegenseitigen Kopplungskoeffizienten (Gegeninduktivität) zwischen der ersten und der zweiten Induktivität.

3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Induktivität metallische Folienstreifen beinhalten, die benachbart zueinander angeordnet sind derart, daß die Signalströme darin in entgegengesetzte Richtungen fließen und den negativen gegenseitigen Kopplungskoeffizienten bewirken.

4. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzband den Bereich von 50 bis 800 MHz abdeckt.

5. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensatorelemente vorgesehen sind zur Herstellung der Wechselstromerde.

6. Breitbanddämpfungseinrichtung zur Übersetzung von Hochfrequenzsignalen in einem Band von 50 bis 800 MHz, wobei die Dämpfungseinrichtung einem Bereich von AGC Signaldämpfungspotentialen unterworfen ist, bestehend aus:
einem Eingang und einem Ausgang,
einer ersten PIN-Diode, die in Reihe geschaltet ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang, wobei die erste PIN-Diode eine frequenzabhängige Steigung in Abhängigkeit vom Frequenzband und vom AGC Bereich aufweist,
einer zweiten und einer dritten PIN-Diode, die mit entgegengesetzten Anschlüssen der ersten PIN-Diode verbunden sind,
Kondensatormitteln zur Herstellung der Wechselstromerdverbindung,
ersten und zweiten Induktivitäten, die die Kathode der zweiten PIN-Diode und die Anode der dritten PIN-Diode jeweils verbinden mit den Kondensatormitteln
und daß die ersten und zweiten Induktivitäten metallische Folienstreifen aufweisen, die benachbart zueinander angeordnet sind derart, daß die Signalströme darin in entgegengesetzten Richtungen fließen, um einen negativen gegenseitigen Kopplungskoeffizient zu bewirken zur Kompensation der frequenzabhängigen Steigung der ersten PIN-Diode.