DE60127453T2 - Verstärkerschaltung für am-rundfunk - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Fachgebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk und insbesondere eine, die bevorzugt auf einen HF-Verstärker (Hochfrequenzverstärker) anwendbar ist, welcher für eine Rundfunk-Eingangsstufe eines Funkempfängers verwendet wird, der AM-Rundfunksignale, etc. empfängt.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • 1 zeigt einen Aufbau einer herkömmlichen AM-Rundfunk-Empfangsschaltung. 1A zeigt einen Aufbau eines Abstimmschaltungsformats, und 1B zeigt einen Aufbau eines Nicht-Abstimmschaltungsformats. Wie in 1A gezeigt, ist die herkömmliche AM-Rundfunk-Empfangsschaltung in dem Abstimmschaltungsformat aus einem Kondensator 101, einem Widerstand 102, einem FET (Feldeffekttransistor) zur Signalverstärkung 103, einer Abstimmschaltung 104 und einer IC 106 aufgebaut. Von diesen Elementen bilden der Kondensator 101, der Widerstand 102, der FET zur Signalverstärkung 103 und die Abstimmschaltung 104 einen HF-Verstärker.
  • Hier soll der Kondensator 101 eine Gleichspannungskomponente eines von einer nicht gezeigten Antenne eingegebenen AM-Rundfunksignals abschneiden, und der Widerstand 102 soll dem FET zur Signalverstärkung 103 eine geeignete Vorspannung geben. Der FET 103 zur Signalverstärkung soll das eingegebene AM-Rundfunksignal verstärken und ist aus einem Sperrschicht-FET (Sperrschicht-Feldeffekttransistor = JFET) aufgebaut.
  • Die Abstimmschaltung 104 soll ein HF-Signal mit einer hohen Frequenz verstärken, das von dem FET zur Signal verstärkung 103 ausgegeben wird, und es an die IC 106 ausgeben, und ist aus einem Abstimmkondensator C1 und Abstimmspulen L1 und L2 aufgebaut. Ein Ende dieser Abstimmschaltung 104 ist mit einer Spannungsversorgung Vcc verbunden. Andererseits soll das von der Abstimmschaltung 104 ausgegebene HF-verstärkte Signal von der IC 106 empfangen werden, und diese soll die nachfolgende Signalverarbeitung, wie etwa Mischen und Frequenzumsetzen, durchführen, die für den AM-Rundfunkempfang notwendig ist.
  • Außerdem ist die AM-Rundfunk-Empfangsschaltung in dem Nicht-Abstimmschaltungsformat aus einem Kondensator 101, einem Widerstand 102, einem FET zur Signalverstärkung 103, einem Kopplungskondensator 105, einer IC 106 und einer Spule 107 aufgebaut. Von diesen Elementen bilden der Kondensator 101, der Widerstand 102, der FET zur Signalverstärkung 103, der Kopplungskondensator 105 und die Spule 107 einen HF-Verstärker.
  • Der Integrationsgrad einer HF-Schaltung für ein drahtloses Endgerät, das Hochfrequenzsignale im 2,4 GHz-Band oder 5 GHz-Band, etc. verarbeitet, wurde in den letzten Jahren erhöht, und ein hoher Integrationsgrad, der eine HF-Schaltung eingebaut hat, die bisher als ein einzelner analoger Teil außerhalb eines Chip montiert wurde, unter Verwendung von CMOS-Technologie auf einem einzelnen Chip befindet sich in der Entwicklung. Ebenso befindet sich ein hoher Integrationsgrad, der eine HF-Schaltung unter Verwendung einer CMOS-Technologie eingebaut hat, für einen FM-Rundfunkempfänger, der Frequenzbänder von 76–90 MHz verwendet, in der Entwicklung. Diese auf einen einzigen Chip integrierten HF-Schaltungen umfassen auch HF-Verstärker.
  • Ein Beispiel für eine abgestimmte HF-Verstärkerschaltung, die einen MOSFET mit zwei Gate-Anschlüssen verwendet, ist auf Seite 883 in "The Art of Electronics", von Horowitz & Hill, Cambridge University Press, 2. Ausgabe, 1989, ISBN 0 521 37095 7 zu finden. Eine abgestimmte MOSFET-Verstärkerschaltung mit automatischer Verstärkungsregelung ist in US 4 590 613 (siehe 2) zu finden.
  • Andererseits verwendet ein AM-Rundfunkempfänger, wie in 1 gezeigt, einen (bipolaren) Sperr-JFET 103 für den HF-Verstärker, und sein Herstellungsverfahren unterscheidet sich von der CMOS-Technologie, und deshalb wird der AM-Rundfunk-HF-Verstärker immer noch als eine getrennte Komponente außerhalb des Chip der IC 106 montiert. Dies liegt daran, daß die Einflüsse von Funkelrauschen (1/f-Rauschen), das in einem MOS-Halbleiter erzeugt wird, berücksichtigt werden.
  • Das heißt, der Rauschpegel von Funkelrauschen ist umgekehrt proportional zur Frequenz, und daher wird im Fall eines drahtlosen Endgeräts, das ein Hochfrequenzsignal verarbeitet, selbst wenn sein HF-Verstärker aus einer CMOS-Schaltung aufgebaut ist, fast kein Funkelrauschen erzeugt. Im Fall eines AM-Rundfunkempfängers, der Niederfrequenzsignale mit mittlerer Frequenz, wie etwa 530 bis 1710 kHz, oder niedriger Frequenz, wie etwa 153 bis 279 kHz, verarbeitet, gehören ihre Frequenzbereiche immer noch zu Bereichen mit großen Funkelrauschkomponenten, und daher ist es nicht wünschenswert, einen HF-Verstärker mit einer CMOS-Schaltung aufzubauen.
  • Aus diesem Grund wurde für den HF-Verstärker herkömmlicherweise der JFET 103 verwendet. Außerdem wurde auch ein HF-Verstärker verwendet, der aus dem JFET 103 in Kombination mit einem bipolaren Transistor aufgebaut ist. Diese herkömmlichen Technologien sind jedoch nicht in der Lage, einen HF-Verstärker zusammen mit einer anderen HF-Schaltung, etc. auf einem einzigen Chip zu integrieren, und als Ergebnis haben die herkömmlichen Technologien ein Problem, daß es nicht möglich ist, die Größe einer gesamten Schaltung wie im Fall eines drahtlosen Hochfrequenz-Endgeräts zu verringern.
  • Die vorliegende Erfindung wurde implementiert, um diese Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen HF-Verstärker für AM-Rundfunk zusammen mit anderen Schaltungen auf einem Chip zu integrieren, während das Funkelrauschen auf einen möglichst niedrigen Pegel unterdrückt wird, und dadurch eine geringe Größe und niedriges Rauschen der gesamten Schaltung zu realisieren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk zum Verstärken eines eingegebenen AM-Rundfunksignals durch FETs und Ausgeben des Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die FETs einen ersten P-Kanal-MOSFET zum Verstärken des eingegebenen AM-Rundfunksignals und einen zweiten P-Kanal-MOSFET zum Ausführen der automatischen Verstärkungsregelung für das von dem ersten P-Kanal-MOSFET ausgegebenen Signal umfassen, wobei der erste P-Kanal-MOSFET und der zweite P-Kanal-MOSFET kaskodegekoppelt sind.
  • Eine weitere Art der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten P-Kanal-MOSFET zum Verstärken des eingegebenen AM-Rundfunksignals, einen zweiten P-Kanal-MOSFET zum Ausführen der automatischen Verstärkungsregelung für das von dem ersten P-Kanal-MOSFET ausgegebene Signal und eine Abstimmschaltung zum Hochfrequenzverstärken und Ausgeben eines von dem zweiten P-Kanal-MOSFET ausgegebenen Signals umfaßt, wobei der erste P-Kanal-MOSFET und der zweite P-Kanal-MOSFET kaskodegekoppelt sind.
  • Noch eine weitere Art der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: einen Kondensator zum Abschneiden einer Gleichspannungskomponente eines eingegebenen AM-Rundfunksignals, einen ersten P-Kanal-MOSFET zum Verstärken des von dem Kondensator ausgegebenen AM-Rundfunksignals, einen Widerstand, um dem ersten P-Kanal-MOSFET eine geeignete Vorspannung zu geben, einen zweiten P-Kanal-MOSFET zum Ausführen der automatischen Verstärkungsregelung für das von dem ersten P-Kanal-MOSFET ausgegebene Signal und eine Abstimmschaltung zum Hochfrequenzverstärken und Ausgeben des von dem zweiten P-Kanal-MOSFET ausgegebenen Signals, wobei der erste P-Kanal-MOSFET und der zweite P-Kanal-MOSFET kaskodegekoppelt sind.
  • Noch eine weitere Art der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des P-Kanal-MOSFET größer als ein vorbestimmter Wert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, die wie weiter oben gezeigt aufgebaut ist, wird ein HF-Verstärker für AM-Rundfunk selbst in einem Niederfrequenzbereich unter Verwendung von P-Kanal-MOSFETs aufgebaut, was weniger Funkelrauschen mit sich bringt als N-Kanal-MOSFETs, was es möglich macht, mehr Schaltungen einschließlich des HF-Verstärkers für AM-Rundfunk auf einem Chip mit MOS-Struktur zu integrieren, während das Funkelrauschen auf einen möglichst niedrigen Pegel unterdrückt wird, und dadurch eine geringe Größe und niedriges Rauschen der Schaltungen zu realisieren.
  • Außerdem wird gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung die Kanalfläche des P-Kanal-MOSFET vergrößert, was das Funkelrauschen auf einen noch kleineren Pegel unterdrückt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A und 1B zeigen einen Aufbau einer herkömmlichen AM-Rundfunk-Empfangsschaltung;
  • 2 zeigt ein Aufbaubeispiel einer Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk gemäß dieser Ausführungsform; und
  • 3 zeigt eine Funkelrausch-Kennlinie.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun weiter unten eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 2 zeigt einen Aufbau einer Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk gemäß dieser Ausführungsform. Wie in 2 gezeigt, ist die Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk dieser Ausführungsform aus einem Kondensator 1, Widerständen 2 und 3, einem ersten P-Kanal-MOSFET 4, einem zweiten P-Kanal-MOSFET 5 und einer Abstimmschaltung 6 aufgebaut.
  • Hier soll der Kondensator 1 eine Gleichspannungskomponente eines AM-Rundfunksignals abschneiden, das von einer nicht gezeigten Antenne eingegeben wird. Die Widerstände 2 und 3 sollen dem ersten P-MOSFET 4, der zwischen eine Spannungsversorgung Vcc und Erde in Reihe geschaltet ist, eine geeignete Vorspannung geben, und der Kondensator 1 ist an einen Zwischenknoten davon angeschlossen.
  • Der erste P-MOSFET 4 soll das von dem Kondensator 1 ausgegebene AM-Rundfunksignal verstärken. Sein Gate ist an dem Zwischenknoten zwischen den Widerständen 2 und 3 mit dem Kondensator 1 verbunden, seine Source ist mit der Spannungsversorgung Vcc verbunden, und sein Drain ist mit der Source des zweiten P-MOSFET 5 verbunden.
  • Der zweite P-MOSFET 5 soll die automatische Verstärkungsregelung (AGC) für das von dem ersten P-MOSFET 4 ausgegebene HF-Signal ausführen. Sein Gate ist mit einer Spannungsversorgung für die automatische Verstärkungsregelungsspannung verbunden, seine Source ist mit dem Drain des ersten P-MOSFET 4 verbunden, und sein Drain ist mit der Abstimmschaltung 6 verbunden. Im Übrigen braucht die mit dem Gate des zweiten P-MOSFET 5 verbundene Spannungsversorgung nicht notwendigerweise die Spannungsversorgung für die Verstärkungsregelungsspannung sein, sondern kann auch eine Spannungsversorgung mit einer festen Spannung sein.
  • Die Abstimmschaltung 6 soll das von dem zweiten P-MOSFET 5 ausgegebene automatisch verstärkungsgeregelte HF-Signal bei einer hohen Frequenz verstärken und es ausgeben, und sie ist aus einem Abstimmkondensator C1 und Abstimmspulen L1 und L2 aufgebaut. Ein Ende dieser Abstimmschaltung 6 ist mit dem Drain des zweiten P-MOSFET 5 verbunden, und das andere Ende ist geerdet.
  • Die Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk in dem weiter oben beschriebenen Aufbau dieser Ausführungsform wird zusammen mit nachfolgenden Schaltungen, die eine Signalverarbeitung einschließlich Mischen, Frequenzumsetzen, etc., durchführen, die für AM-Rundfunkempfang notwendig ist, auf einen Chip integriert, und das Ausgangssignal der Abstimmschaltung 6 wird zum Beispiel an eine nicht gezeigte Mischerstufe geliefert.
  • Als nächstes wird der Betrieb der wie weiter oben gezeigt aufgebauten Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk erklärt. Zuerst wird eine Gleichspannungskomponente eines von einer (nicht gezeigten) Antenne eingegebenen AM-Rundfunksignals von dem Kondensator 1 abgeschnitten, und sein Ausgangssignal wird von dem ersten P-MOSFET 4 verstärkt. Dann wird das von dem ersten P-MOSFET 4 ausgegebene HF-Signal von dem zweiten P-MOSFET 5 automatisch auf einen gewissen Pegel verstärkungsgeregelt und an die Abstimmschaltung 6 ausgegeben.
  • Somit sind der erste P-MOSFET 4 zur Signalverstärkung und der zweite P-MOSFET 5 zur automatischen Verstärkungsregelung kaskodegekoppelt, und das AM-Rundfunksignal wird kaskodeverstärkt. Dies kann die Kapazität zwischen Elektroden verringern und dadurch die Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang drastisch verringern, was eine hervorragende Hochfrequenzkennlinie bereitstellt. Außerdem ist diese Kaskodekopplung für die automatische Verstärkungsregelung geeignet und kann die Stabilität der Schaltungen erhöhen.
  • Außerdem verstärkt die Abstimmschaltung 6 das HF-Signal bei einer hohen Frequenz auf einen gewissen von dem zweiten P-MOSFET 5 ausgegebenen Pegel und gibt es an den nächsten Mischer aus, welcher nicht gezeigt ist. Die (nicht gezeigten) nachfolgenden Signalverarbeitungsschaltungen, die einen Mischer und einen Frequenzumsetzungsabschnitt umfassen, führen die restlichen Verfahren aus, die für den AM-Rundfunkempfang notwendig sind, stimmen auf das Eingangssignal ab, und die Ausgangsstufe führt die Verstärkung und Erkennung, etc. durch und gibt ein Sprachsignal aus.
  • 3 zeigt Funkelrausch-Kennlinien des P-MOSFET und anderer MOSFETs, die für die Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk dieser Ausführungsform verwendet werden.
  • Wie in 3 gezeigt, nimmt der Pegel des Funkelrauschens, das internes Rauschen des MOS-Halbleiters ist, umgekehrt proportional zur Frequenz zu. Wenn das verarbeitete Signal ein Niederfrequenzsignal, wie etwa das AM-Rundfunksignal ist, erhöht daher der Aufbau des HF-Verstärkers mit einer MOS-Schaltung den Rauschpegel im Vergleich zur Verwendung des JFET.
  • Wenn aber ein N-MOSFET mit einem P-MOSFET verglichen wird, ist der Rauschpegel des P-MOSFET selbst in einem Niederfrequenzbereich niedriger als der des N-MOSFET. Diese Ausführungsform baut die FETs 4 und 5 zur Signalverstärkung und automatischen Verstärkungsregelung nur mit P-MOSFETs auf, die weder N-MOS noch CMOS sind, und kann dadurch das Funkelrauschen auf einen relativ niedrigen Pegel unterdrücken.
  • Obendrein haben die P-MOS-Technologie und die CMOS-Technologie das gleiche Herstellungsverfahren und können dadurch die ganze HF-Schaltung für AM-Rundfunk einschließlich der Verstärkungsschaltung dieser Ausführungsform auf einen Chip integrieren und die Größe der gesamten Schaltung verringern. Außerdem kann die Fähigkeit, die gesamte HF-Schaltung durch das gleiche MOS-Verfahren herzustellen, das Herstellungsverfahren vereinfachen und die Herstellungskosten verringern. Natürlich kann nicht nur die HF-Schaltung, sondern auch die nachfolgende Basisbandschaltung, etc. auf einem Chip integriert werden.
  • Als nächstes wird weiter unten die Idee für die weitere Verringerung des Funkelrauschens erklärt. Bei dem ersten und zweiten P-MOSFET 4 und 5 kann das Vergrößern der Fläche des Kanals, durch den ein Strom (oder Ladungsträger) fließt, das Funkelrauschen weiter unterdrücken.
  • In diesem Fall ist es möglich, entweder die Kanalbreite oder die Kanallänge des FET zu vergrößern, aber es wird bevorzugt, beide zu vergrößern. Wenn ein HF-Verstärker eines drahtlosen Endgeräts, das Hochfrequenzsignale verarbeitet, mit einer CMOS-Schaltung aufgebaut wird, werden gegenwärtig MOSFETs mit einer Kanalbreite und Kanallänge von etwa 0,7 μm × 1,5 μm, 0,6 μm × 1,4 μm oder 0,2 μm × 1,0 μm, verwendet. Als der HF-Verstärker für AM-Rundfunk dieser Ausführungsform wird bevorzugt, P-MOSFETS 4 und 5 mit einer größeren Kanalfläche als dies zu verwenden. Zum Beispiel kann die Kanalbreite auf 1000 μm festgelegt werden, und die Kanallänge kann auf 2 μm festgelegt werden.
  • Im Übrigen ist die weiter oben beschriebene Ausführungsform nicht mehr als ein spezifisches Beispiel für die Implementierung der vorliegenden Erfindung, und dies sollte nicht als Einschränkung des technologischen Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung interpretiert werden. Das heißt, die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne den Schutzbereich, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, zu verlassen. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf ein Abstimmschaltungsformat, sondern auch auf ein Nicht-Abstimmschaltungsformat anwendbar.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist nützlich, um die gesamte Schaltung mit kleiner Größe und geringem Rauschen zu realisieren, indem ein HF-Verstärker für AM-Rundfunk zusammen mit anderen Schaltungen auf einem Chip integriert wird, während das Funkelrauschen auf einen niedrigst möglichen Pegel unterdrückt wird.

Claims (4)

  1. Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk, die aufweist: einen ersten P-Kanal-MOSFET zum Verstärken eines eingegebenen AM-Rundfunksignals; und einen zweiten P-Kanal-MOSFET zum automatischen Verstärkungsregeln des von dem ersten P-Kanal-MOSFET ausgegebenen Signals; wobei der erste P-Kanal-MOSFET und der zweite P-Kanal-MOSFET kaskodegekoppelt sind.
  2. Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Abstimmschaltung zum Hochfrequenzverstärken und Ausgeben des von dem zweiten P-Kanal-MOSFET ausgegebenen Signals.
  3. Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk nach Anspruch 2, die ferner aufweist: einen Kondensator zum Abschneiden einer Gleichspannungskomponente eines eingegebenen AM-Rundfunksignals; und einen Widerstand, um dem ersten P-Kanal-MOSFET eine geeignete Vorspannung zu geben; wobei der erste P-Kanal-MOSFET das von dem Kondensator ausgegebene AM-Rundfunksignal verstärkt.
  4. Verstärkerschaltung für AM-Rundfunk nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Kanalfläche des P-Kanal-MOSFET größer als ein vorbestimmter Wert ist.
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