KR100605057B1

KR100605057B1 - 무선 수신기와, 이 수신기를 위한 이득 제어 증폭기와, 이 증폭기를 포함하는 집적 회로

Info

Publication number: KR100605057B1
Application number: KR1019997010342A
Authority: KR
Inventors: 존 데 스피키
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2006-07-28
Also published as: CN1266551A; JP4251507B2; DE69919281T2; JP2001526874A; TW432811B; KR20010012389A; GB9805148D0; WO1999046855A2; EP0981855A2; US6272330B1; CN1227810C; EP0981855B1; WO1999046855A3; DE69919281D1

Abstract

선택 호출 시스템을 위한 이득 제어 무선 수신기는 입력 신호를 수신하기 위해 연결된 다중-스텝 이득 제어 RF 증폭기(44)와 요구된 주파수 다운 변환된 신호의 레벨을 측정하기 위한 측정 회로(42)를 포함한다. 다중-스텝 이득 제어 증폭기(44)는 입력단(RIP,RIN), N이 적어도 2인 정수인 경우에 공통 출력 스테이지(82)에 연결된 출력단을 구비하는 다수의 N 이득 스테이지(76A-76E)를 포함한다. N 이득 스테이지의 제 1 스테이지(76A)는 입력단자(RIP,RIN)에 연결되고, (N-1) 스테이지 용량성 감쇠기(86)는 입력단자에 연결된 입력단과 제 2 스테이지부터 N번째 이득 스테이지(76B-76E)까지의 각 입력단에 각각 연결된 출력단을 구비한다. 측정 회로(42)는 주파수 다운 변환 및 복조를 위한 공통 출력 스테이지에 증폭된 신호를 제공하는 이득 스테이지 중 선택된 하나의 스테이지를 스위칭-온 하기 위한 레벨 제어 출력단(45)을 구비한다.

Description

무선 수신기와, 이 수신기를 위한 이득 제어 증폭기와, 이 증폭기를 포함하는 집적 회로{RADIO RECEIVER, GAIN CONTROLLED AMPLIFIER THEREFOR, AND AN INTEGRATED CIRCUIT COMPRISING THE AMPLIFIER}

본 발명은 무선 수신기 및 특히 무선 수신기에서 사용하기 위한 이득 제어 증폭기에 관한 것이다. 무선 수신기 또는 이득 제어 증폭기는 개별(discrete) 부품 또는 집적회로로 제작될 수 있다. 회로의 집적화된 형태에 있어서, 무선 수신기와 이득 제어 증폭기는 디지털 무선 호출기 및 셀/무선 방식 전화기와 같이 배터리로 동력이 주어지는 통신 장치에서 사용될 수 있다.

설명의 편의를 위해, 본 발명은 디지털 무선 호출기에서 사용하기 위한 집적화된 수신기를 참조하여 기술될 것이다.

디지털 페이징과 같은 응용에서 사용되는 저 전력 수신기는 종종 자동 이득 제어기(AGC)와 병합하지 않는다. 그러나 매우 높게 전력이 공급된 다수의 송신기가 수신기 RF 대역폭 내의 채널 근처에 존재하는 환경에서 신호를 수신할 때와 같은 상황에서는, 수신기 회로가 포화될 수 있다. 요구 신호 진폭이 RF 이득을 감소시키기에 가능할 정도로 충분히 클 때, AGC는 큰 간섭을 통해 야기된 불필요한 신호가 자승법이나 3제곱법을 통해 감소하고, 반면에 요구 신호는 선형적으로 감소한다는 사실에 기초하여 레벨을 제어하기 쉽도록 하기 위해 수신되는 입력 신호를 감소시키는 수단을 제공하고, 상당히 큰 입력 RF 신호를 감쇠 시키기 위해 무선 수신기의 입력 스테이지에 AGC를 제공하는 것이 유럽 특허(EP-A-0 795 967) 명세서에 공지되어 있다. 공지된 이러한 해결 방법은 쉽게 집적될 수 없는 PIN 다이오드를 필요로 한다.

본 발명의 목적은 저 전력 무선 수신기에 집적 가능한 AGC 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 제 1 양상에 따라, 수신기가 제공되는데, 상기 수신기는 입력 신호를 수신하기 위한 수단, 상기 수신 수단에 연결된 다중-스텝 이득 제어 RF 증폭기, 증폭된 신호를 주파수 다운-변환하기 위한 수단, 요구 신호의 레벨을 측정하기 위한 수단, 및 상기 신호를 복조하기 위한 수단을 포함하고, 상기 다중-스텝 이득 제어 증폭기는 입력단자와, 입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하며 N-1개의 연속 출력단을 구비하는 N-1 스테이지 용량성 사다리 감쇠기로서, N이 2 이상의 정수이고, 상기 사다리 감쇠기의 각 스테이지는 N-1개의 출력단의 각각의 연속 출력단과 입력 단자 사이에 서 점진적으로 증가되는 감쇠를 생성하도록 감쇠 단계를 구비하는, 용량성 사다리 감쇠기와, 공통 출력단에 연결되는 출력단을 구비하는 N 이득 스테이지로서, 제1 이득 스테이지는 상기 입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하고, 제2 이득 스테이지부터 제N 이득 스테이지는 사다리 감쇠기의 N-1개의 출력단의 다른 출력에 연결되는 입력을 구비하는, N 이득 스테이지를 포함하며, 상기 측정 수단은 이득스테이지 중 하나의 선택된 스테이지를 스위칭-온 하기 위한 레벨 제어 출력을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 양상에 따라, 이득 제어 증폭기가 제공되는데, 상기 이득 제어 증폭기는, 입력단자와, 입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하며 N-1개의 연속 출력단을 구비하는 N-1 스테이지 용량성 사다리 감쇠기로서, N이 2 이상의 정수이고, 상기 사다리 감쇠기의 각 스테이지는 N-1개의 출력단의 각각의 연속 출력단과 입력 단자 사이에 서 점진적으로 증가되는 감쇠를 생성하도록 감쇠 단계를 구비하는, 용량성 사다리 감쇠기와, 공통 출력단에 연결되는 출력단을 구비하는 N 이득 스테이지로서, 제1 이득 스테이지는 상기 입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하고, 제2 이득 스테이지부터 제N 이득 스테이지는 사다리 감쇠기의 N-1개의 출력단의 다른 출력에 연결되는 입력을 구비하는, N 이득 스테이지와, 이득 스테이지 중 선택된 하나의 스테이지를 스위치-온 하기 위한 외부 신호에 반응하는, 스위칭 수단을 포함한다.

본 발명에 따라 구성된 수신기나 증폭기는 어떠한 외장의 AGC 장치도 필요로 하지 않는 집적회로로 제작될 수 있다.

이득 감소 상태, 즉 다중-스텝으로 동작할 때 이득 제어 증폭기는 고도의 선형성과 낮은 이득을 가질 수 있지만, AGC가 동작하지 않을 때는 낮은 잡음과 높은 이득을 가질 수 있다.

만약 필요하다면, 이득 스테이지의 이득은 응용에 따라 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 용량성 사다리형 감쇠기의 각 스테이지에서의 감쇠는 응용에 따라 동일 할 수 있고, 다를 수도 있다.

용량성 사다리형 감쇠기를 사용함에 있어 이점은, 비록 상기 감쇠기의 전체적인 리액턴스가 주파수에 따라 변할지라도, 상대적인 리액턴스 비율은 유지되기 때문에 상기 감쇠기는 본질상 멀티밴드 장치라는 것이다.

본 발명은 이제 일예를 통해 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.

도 1은 제 1 스테이션 및 다수의 제 2 스테이션을 포함하는 선택성 호출 시스템의 개략적인 블록도.

도 2는 제 2 스테이션에서 사용되는 무선 수신기의 개략적인 블록도.

도 3은 도 2에 도시된 무선 수신기에서 사용되는 RF 증폭기의 실시예에 대한 개략적인 블록도.

도면에서 동일한 참조 번호는 그에 해당하는 장치를 나타내기 위해 사용되고 있다.

도 1에 따라, 선택성 호출 시스템은 적절한 프로토콜에 따라 시스템을 작동시키도록 프로그램된 시스템 제어기를 포함하는 제 1 스테이션(10)을 포함한다. 일방향성 페이징 시스템의 경우, 프로토콜은 POCSAG일수 있고, 그렇지 않으면 CCIR 무선 페이징 코드 번호.1로 공지될 수 있다.

다수의 제 2 스테이션(12)이 제공되는데, 상기 스테이션은 제 1 스테이션(10)에 대해 이동 적 일 수 있다. 제 2 스테이션(12)은 일반적으로 제 1 스테이션(10)으로부터의 송신을 검출하기 위한 안테나(16)를 구비하는 수신기(14)를 포함한다. 디코더(18)는 수신기(14)의 출력단 및 마이크로컨트롤러(20)에 연결된다. 선택적으로 디코더(18)는 생략될 수 있고, 디코딩 기능은 마이크로컨트롤러(20)에서 소프트웨어로 구현된다. 마이크로컨트롤러(20)는 판독 전용 기억장치(ROM)(22)에 저장된 프로그램에 따라 동작하게 된다. 발광 다이오드(24), 음향 변환 장치(26) 및/또는 바이브레이터(28)를 포함하는 경보 장치들은 마이크로컨트롤러(20)에 연결된다. 제 2 스테이션(12)은 메시지 무선 호출기라는 것이 가정되는데, 상기 메시지 무선 호출기에서 인입 메시지는 임의 접근 기억장치(RAM)(30)에 저장되어, 사용자가 키패드(32)의 키를 활성화시킴으로써 재 호출되고, LCD 패널(36)에서의 디스플레이를 위해 드라이버(34)를 통해 공급된다. 한쪽으로는 마이크로컨트롤러(20)에 연결되고, 다른 한쪽으로는 수신기(14)에 연결되는 전원 제어기(38)를 통해 배터리는 효과적으로 절약된다.

비록 POCSAG 페이징 프로토콜이 잘 공지되어있지만, 제 2 스테이션으로의 무선 호출기 메시지는 동기 코드워드로 개시하는 배치를 집합적으로 구성하는 8타임 프레임 중 하나의 프레임에 송신된다는 것을 말하기에 바람직하게 충분하다. 각 무선 호출기는, 그것이 동기 코드워드를 수신하기 위해 프레임 존속 기간 동안 단지 에너지가 공급되도록 8타임 프레임 중 하나의 프레임에 할당된다. 나머지 시간 동안에, 무선 호출기는 수신기와 아마도 일부 마이크로컨트롤러 기능이 스위치-오프 되는 전원 차단 또는 휴지 모드로 될 것이다.

도 2에 도시된 수신기(14)는 제로 IF 스테이지에 연결된 슈퍼헤테르다인 스테이지를 포함한다. 더 상세하게는, 입력 매칭 네트워크(40)는 최적의 전력/잡음 매치(match)를 제공하는 안테나(16)에 연결된다. 도 3을 참조하여 이후에 기술될 자동 이득 제어 RF 증폭기(44)는 입력 매칭 네트워크(40)에 연결된다.

밴드패스 필터(48)는, 출력이 슈퍼헤테르다인 주파수 다운-변환 스테이지(50)에 연결되는 RF 증폭기(44)의 출력단에 연결된다. 스테이지(50)는 믹서(51)를 포함하는데, 상기 믹서는 밴드패스 필터(48)의 출력단 및 국부 발진기(52)에 연결되는 입력단과 IF 신호를 선택하기 위한 다른 밴드패스 필터(48)에 연결되는 출력단을 구비한다. IF 신호는 믹서(58,60)를 구비하는 직교 관련 채널을 포함하는 제로 IF 스테이지의 신호 분할기(56)에 공급되는데, 상기 믹서는 신 호 분할기(56)에 연결된 제 1 입력단과 국부 발진기(62)로부터 유도된 국부 발진 신호, 즉 위상 이동기(64)에서 90°만큼 이동되어 믹서(60)에 인가되는 국부 발진 신호의 위상을 위한 제 2 입력단을 각각 구비한다. 저역 통과 필터(66,68)는 믹서(58,60)의 출력단에서 혼합된 제로 IF 신호를 각각 선택함으로써 요구 신호 대역폭 바깥쪽의 불필요한 모든 신호에 대한 대부분의 분리(또는 주파수 구별)를 제공한다. 선택된 혼합 신호는 출력단(72)에서의 디코딩을 위한 신호를 제공하는 복조기(70)에 공급된다. 요구 신호의 레벨을 측정하기 위한 측정 스테이지(42)는 저역 통과 필터(66,68)와 복조기(70) 사이의 신호 경로에 연결되는 입력단을 구비한다. 측정 스테이지는 RF 증폭기(44)의 레벨 제어 입력단(46)에 연결되는 제어 출력단(45)을 구비한다.

도 3은 1.0 볼트의 안정된 전원 라인(74)을 통해 동작하는 다중-스텝 이득 제어 RF 증폭기(44)를 기술하고 있다. 증폭기(44)는 집적 회로로 제작된다.

증폭기(44)는, N=5인 경우에 76A부터 76E까지 N개의 차동 입력 증폭기를 포함한다. 각각의 차동 증폭기 스테이지의 구조는 동일해서, 설명의 편의를 위해 단지 스테이지(76A)만 기술될 것이지만 다른 스테이지(76B-76E)에서의 대응 성분들은 각각 글자를 넣은 접미사를 통해서 식별될 것이다.

차동 입력 증폭기 스테이지(76A)는 에미터 접속 NPN 트랜지스터(78A,79A) 및 컬렉터-베이스 전극이 전압원을 형성하기 위해 서로 연결되어 있는 다른 NPN 트랜지스터(80A)를 포함한다. 트랜지스터(78A,79A 및 80A)의 에미터 전극은 접지된다. 트랜지스터(78A,79A)의 베이스 전극은 각각 신호 입력단(RIP 및 RIN)에 연결된다. 트랜지스터(78A,79A)에 대한 베이스 바이어스 전류는 트랜지스터(80A)의 베이스 전극으로부터 각각 10㏀ 저항(R1A,R2A)을 통해 유도된다. 트랜지스터(78A,79A)의 컬렉터 전극은 모든 스테이지(76A-76E)에 대해 공통인 출력 스테이지(82)에 연결된다. 스위치(84A-84E)는 트랜지스터(80A-80E)의 각 에미터 회로에 개략적으로 도시되었다. 입력단(46) 상의 제어 신호는 단지 하나의 입력 스테이지가 임의의 시간에 활성화되도록 바이어스 전원의 dc 스위칭에 영향을 줄 것이다.

용량성 사다리형 감쇠기(86)는 차동 입력 증폭기 스테이지(76B-76E)의 입력 스테이지에 연결된다. 용량성 사다리형 감쇠기(86)는 입력단(RIP 및 RIN)에 각각 직렬로 연결된 커패시터(C1B-C1E 및 C2B-C2E)를 포함한다. 커패시터(C1B,C1C,C1D 및 C1E)의 접합점(J1B-J1E)은 트랜지스터(79B-79E)의 베이스 전극에 각각 연결된다. 커패시터(C2B,C2C,C2D 및 C2E)의 접합점(J2B-J2E)은 전극(78B-78E)의 베이스 전극에 각각 연결된다. 커패시터(C3B-C3E)는 접합점들의 쌍(J1B,J2B; J1C,J2C; J1D,J2D 및 J1E,J2E)을 서로 연결시킨다. 용량성 사다리 형태로 부가된 입력 용량성 리액턴스는 입력 매칭 네트워크(40)(도2)의 설계로 보상된다.

용량성 디바이더 스텝은 설계 필요조건을 통해 선택되고, 일예로 사전에 결정된 절차에 따라 변하기 때문에 짝수이거나 또는 홀수 일 수 있다. 일반적인 짝수 개의 스텝은 대략 6에서 8dB이다. 6개의 입력 스테이지까지 구비하고 930 MHz까지의 주파수에서 동작하는 실시예에서, 커패시터(C1B-C1E 및 C2B-C2E)의 값은 대략 2pF이고, 커패시터(C3B-C3E)는 대략 1pF이다. 용량성 사다리형 감쇠기(86)의 특징은 실제 리액턴스가 주파수에 따라 변한다는 사실에도 불구하고 상대적인 리액턴스 비율은 유지된다는 것이다.

제 1의 차동 입력 증폭기 스테이지(76A)는 그것의 앞에 감쇠기 섹션을 구비하지 않기 때문에 최소의 잡음 수치 및 최고의 이득으로 작동할 수 있다. 제 2 스테이지(76B)는 제 1 감쇠기, 즉 커패시터(C1B,C2B,C3B)를 통해 보호되고, 그것의 잡음 수치는 감쇠 인자만큼 증가되며, 이득은 해당하는 양 만큼 낮아진다.

제 3 스테이지(76C)는 제 1 및 제 2 감쇠기, 즉 커패시터(C1B,C2B,C3B 및 C1C,C2C,C3C) 각각을 통해 보호되고, 그 이상의 스테이지도 위의 방법을 따른다. 스테이지(76B-76E)는 수동성 네트워크를 통해 보호되기 때문에, 다음 스테이지들이 감쇠기를 통해 수월하게 보호될 때 전력 소비를 감축시키는 것이 가능하다.

상대적인 증폭기 전류 및 감쇠기 스텝 사이즈의 다양한 조합이 선택될 수 있다. 증폭기 스테이지(76A-76E)는 임의의 적절한 증폭기 구성의 이득 블록을 포함할 수 있고, FET 및 MOS를 포함하는 임의의 적절한 기술로 제작될 수 있다. 게다가 이득 블록은 불균형한 용량성 사다리형 감쇠기(86)로 인해 불균형적일 수 있다.

도 3에 기술된 RF 증폭기는 임의의 적절한 응용에서 사용될 수 있다.

본 명세서를 이해함으로써, 다른 변경이 당업자들에게는 명백해질 것이다. 이러한 변경은 설계, 제조 및 수신기 사용, RF 증폭기 및 거기에 쓰인 구성 요소에 있어 이미 공지된 다른 특징을 포함할 수 있고, 여기서 이미 기술된 특징을 대신하거나 또는 그에 부가하여 사용될 수 있다.

많은 응용에서 사용하기 위한 이득 제어 RF 증폭기, 특히 국한적인 것은 아 니지만 원격통신 및 메시지 전송을 위한 수신기가 사용된다.

Claims

입력 신호를 수신하기 위한 수단과,

상기 수신 수단에 연결된 다중-스텝 이득 제어 RF 증폭기와,

상기 증폭된 신호를 주파수 다운-변환하기 위한 수단과,

요구 신호의 레벨을 측정하기 위한 수단, 및

상기 신호를 복조하기 위한 수단을 포함하는, 수신기에 있어서, 상기 다중-스텝 이득 제어 증폭기는,

입력단자와,

입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하며 N-1개의 연속 출력단을 구비하는 N-1 스테이지 용량성 사다리 감쇠기로서, N이 2 이상의 정수이고, 상기 사다리 감쇠기의 각 스테이지는 N-1개의 출력단의 각각의 연속 출력단과 입력 단자 사이에 서 점진적으로 증가되는 감쇠를 생성하도록 감쇠 단계를 구비하는, 용량성 사다리 감쇠기와,

공통 출력단에 연결되는 출력단을 구비하는 N 이득 스테이지로서, 제1 이득 스테이지는 상기 입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하고, 제2 이득 스테이지부터 제N 이득 스테이지는 사다리 감쇠기의 N-1개의 출력단의 상이한 출력에 연결되는 입력을 구비하는, N 이득 스테이지

를 포함하며, 상기 측정 수단은 상기 이득 스테이지 중 선택된 하나의 스테이지를 스위칭-온 하기 위한 레벨 제어 출력단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 수신기.
제 1항에 있어서, 상기 이득 스테이지의 상기 이득은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 수신기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 용량성 사다리형 감쇠기 스테이지의 각 감쇠는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 수신기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 용량성 사다리형 감쇠기는 광대역 장치인 것을 특징으로 하는, 수신기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 각각의 상기 이득 스테이지는 차동 입력 증폭기 및 베이스 바이어스 전류 전원 회로를 포함하고, 상기 측정 수단의 상기 제어 출력은 필요시 상기 베이스 바이어스 전류 전원(current supply)을 온 및 오프로 스위치하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 수신기.
이득 제어 증폭기에 있어서,

입력단자와,

입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하며 N-1개의 연속 출력단을 구비하는 N-1 스테이지 용량성 사다리 감쇠기로서, N이 2 이상의 정수이고, 상기 사다리 감쇠기의 각 스테이지는 N-1개의 출력단의 각각의 연속 출력단과 입력 단자 사이에 서 점진적으로 증가되는 감쇠를 생성하도록 감쇠 단계를 구비하는, 용량성 사다리 감쇠기와,

공통 출력단에 연결되는 출력단을 구비하는 N 이득 스테이지로서, 제1 이득 스테이지는 상기 입력 단자에 연결되는 입력단을 구비하고, 제2 이득 스테이지부터 제N 이득 스테이지는 사다리 감쇠기의 N-1개의 출력단의 다른 출력에 연결되는 입력을 구비하는, N 이득 스테이지와,

상기 이득 스테이지 중 선택된 하나의 스테이지를 스위칭-온 하기 위한 외부 신호에 응답하는 스위칭 수단을 포함하는, 이득 제어 증폭기.
제 6항에 있어서, 각각의 상기 이득 스테이지는 차동 입력 증폭기 및 베이스 바이어스 전류 전원 회로를 포함하고, 상기 스위칭 수단은 필요시 베이스 바이어스 전류 전원을 온 및 오프로 스위칭 하는 것을 특징으로 하는, 이득 제어 증폭기.
집적 회로로서,

제6 항 또는 제7항에 청구된 이득 제어 증폭기를 포함하는, 집적회로.
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