KR20040095286A - 다른 모드들을 구비한 프론트 스테이지 증폭기 - Google Patents

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Abstract

TV 튜너들에 대해 제공되는 강한 신호들뿐 아니라 약한 신호들에 대해 최적 신호 출력을 갖는 신호를 증폭하는 다중 모드 프론트 스테이지 증폭기 및 방법을 개시한다. 신호를 처리하는 다양한 모드들 선택하기 위한 다중 모드 프론트 스테이지 증폭기를 갖는 제품 및 설비들을 개시한다.

Description

다른 모드들을 구비한 프론트 스테이지 증폭기 {Front stage amplifier with different modes}
증폭기들은 TV 튜너들, 멀티미디어 튜너들, 및 PC들용 튜너들과 같은 수신기들에 대한 입력 RF 신호들을 증폭하기 위해 사용된다.
예컨대, 현재 TV 튜너(TV 세트)에 있어서, 다양한 타입들의 증폭기들이 존재하는데, 예컨대, 바이패스(bypass)가 있는 저-노이즈 증폭기(LNA) 타입의 증폭기, 또는 파워 스플리터 타입(power splitter type)의 증폭기가 존재한다.
이러한 두 가지 개념들은 대부분의 TV 세트 제조업자들에 의해 오늘날까지 사용되지만, 두 개념들 모두 단점들을 갖고 있다. 예컨대, 고이득과 저노이즈를 갖는 LNA는, 보통의 케이블 TV 신호들을 다룰 수 없고, 이러한 신호들을 다룰 수 있는 파워 스플리터 증폭기는 상대적으로 고노이즈를 갖는다. 이러한 두 결점들은, 예컨대, TV 세트가 케이블 TV 시스템 및 종래의 안테나 모두에 접속 가능해야 하고, 동시에 고품질을 제공해야 할 때 문제점들을 유발한다.
JP-A-10084500은 어떤 임계값을 위한 센서를 구비하여 특히 저레벨 신호들에대하여 향상된 감도를 위한 LNA를 설명한다. 상기 LNA는 예컨대, 바이패스가 실행 손실로 인해 영향을 받기 때문에, 강한 케이블 신호들에 대해 스플리터로서 사용될 수 없다.
본 발명은 일반적으로 증폭기들에 관한 것으로서, 특히 무선 주파수(RF) 수신기들에 전형적으로 이용되는 증폭기들에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 증폭기 디바이스를 도시하는 회로도.
도 2는 도 1에서 증폭기 디바이스가 스플리터 모드에서 어떻게 작동하는지를 도시하는 그래프.
도 3은 도 1에서 증폭기 디바이스가 LNA 모드에서 어떻게 작동하는지를 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 목적은 강한 신호들뿐만 아니라 약한 신호들에 대해 최적 신호 출력을 갖는 증폭기를 제공하는 것이다.
여기서, "강한 신호(strong signal)"는 케이블 TV 신호와 비교할 수 있는 세기를 갖는 신호를 나타내고, "약한 신호(weak signal)"는 종래 옥외 안테나로부터의 신호와 비교할 수 있는 세기를 갖는 신호를 나타낸다.
상기 용어 "강한 신호"는 전형적으로 > 1mV인 신호들을 나타내고, 상기 용어 "중간 신호(medium signal)"는 전형적으로 > 316 ㎶이지만 < 1mV인 신호들을 나타내고, 상기 용어 "약한 신호"는 전형적으로 < 316 ㎶인 신호들을 나타낸다. 이러한 값들은 절대적이지 않으며, 한 예이다. 이러한 한계들 밖에 있지만 비슷한 크기를 갖는 신호 값들은 또한 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내이다 .
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 상기 목적은 약한 신호인 경우의 고이득 및 강한 신호인 경우의 저이득 사이에서 스위칭될 수 있는 멀티-모드 증폭기에 의해 달성된다.
이러한 방식으로, 상기 증폭기는 서로 다른 신호들에 대해 서로 다른 특성들을 가질 수 있는데, 이는 특히 하이브리드 아날로그/디지털 튜너들에서 매우 중요하다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라, 증폭기 디바이스가 제공되는데, 상기 증폭기 디바이스는,
무선 주파수(RF) 입력 신호 증폭을 위한 증폭기 수단과,
노이즈 레벨을 결정하는 전류를 조정하기 위해 상기 증폭기 수단에 인가되는 바이어스 전압과 이득을 조정하기 위해, 약한 신호들을 다루기 위한 고이득 및 저노이즈를 제공하는 제 1 모드와 강한 신호들을 다루기 위한 저이득 파워 스플리팅을 제공하는 제 2 모드인 적어도 두개의 다른 모드들을 제공하도록 배열된 제어 가능한 피드백 루프를 포함한다. 상기 모드는 수신된 입력 신호에 독립하여 선택될 수 있고, 그 결과, 이것은 최적 신호 출력을 얻는다.
바람직하게는, 증폭기 디바이스는 모드 선택 수단을 포함하며, 증폭기 수단의 입력과 출력 사이에 접속된 피드백 루프는 서로 병렬로 접속된 적어도 제 1 저항기 및 제 2 저항기인 적어도 2개의 저항기들을 포함하며, 제 2 저항기는 모드 선택 수단에 의해 제어되는 스위치와 직렬로 접속되고, 상기 모드 선택 수단은 또한 증폭기 수단에 인가되는 바이어스 전압을 제어한다. 이것은 두 모드들이 강한 신호 또는 약한 신호가 수신되는지에 의존하여 최적 신호 출력들을 전송하는데 요구되어질 때 경제적인 해결이 된다. 모드 선택 수단은 적어도 두 다른 모드들 사이를 선택하기 위한 회로를 포함한다.
바람직하게는, 모드 선택 수단은 피드백 루프 및 바이어스 전압을 제어하여 고이득 및 고전류를 제공하는 제 3 모드를 제공한다. 이 제 3 모드는 중간-레벨 입력 신호를 수신할 때, 최적 신호 출력을 전송한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 모드들 선택을 위한 증폭기 디바이스 및 설비들을 포함하는 제품을 제공한다. 이 경우에, 제품내의 증폭기 디바이스의 최적 신호 출력들은 수동 또는 자동으로 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라, 무선 주파수(RF) 신호를 증폭하는 방법은, 적어도 두 개의 모드들을 갖는 증폭기 수단에 의해 적어도 제 1 모드 및 제 2 모드에서 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 1 모드는 약한 신호들에 대해 고이득 및 저노이즈를 제공하고, 상기 제 2 모드는 강한 신호들을 다루기 위해 저이득 파워 스플리팅을 제공한다.
바람직하게는, 상기 방법은 제 3 모드에서 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 모드는 중간 신호들에 대해 고이득 및 고전류를 제공한다.
본 발명의 이들 및 다른 관점들 및 실시예들은 아래에 기재되는 양호한 실시예들로부터 분명해질 것이다.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 아래 본 발명의 양호한 실시예를 읽음으로 더 정확히 이해되어질 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 예에 따른 증폭기 디바이스(10)의 회로도를 보여준다. 증폭기 디바이스(10)는 무선 주파수 입력 신호(RFin)를 수신하기 위한 증폭기(1)의 입력(1b)에 피드백 루프(1c)로 접속된 무선 주파수 출력신호(RFout)를 전송하기 위한 출력(1a)을 갖는 연산 증폭기(1)를 포함한다. 피드백 루프(1c)는 서로 병렬로 접속된 제 1 저항기(R1) 및 제 2 저항기(R2)인 두 개의 다른 저항기들을 포함하는데, 이들 저항기들(R1 및 R2)은 제 1 스위치(SW1)에 의해 서로 다른 방식들로 접속될 수 있으며, 상기 제 1 스위치(SW1)는 상기 저항기(R1 및 R2)중 어느 하나와 직렬로 연결되며, 본 경우에는 제 2 저항기(R2)에 직렬로 연결된다. 제 1 스위치(SW1)는 LNA 모드에 대응하는 오프 상태로 도시되어 있다. 상기 증폭기 디바이스(10)는 연산 증폭기(1)의 바이어스를 제어하는 두 개의 저항기들을 더 포함하는데, 예를 들어, 전압(Vbias)에 접속된 제 3 저항기(R3)와 접지된 제 4 저항기(R4)로서, 둘 다가 상기 증폭기(1)(동일한 단자)에 접속되어 있다. 제 4 저항기(R4)는 제 4 저항기(R4)와 직렬로 접속된 제 2 스위치(SW2)에 의해 제어된다.
상기 증폭기 디바이스(10)는 튜너 입력에 접속된 디바이스로서 이용될 수 있거나, 적어도 두 개의 튜너들에 출력 신호들을 공급하도록 배열된 개량된 스플리터로서 이용될 수 있다.
상기 증폭기 디바이스(10)가 상기 LNA 모드에서 작동할 때, 제 2 스위치(SW2)는 ON된다. 동작 곡선(operational curve)은 주파수(f)에 대해 플로팅된 이득(G) 및 노이즈 형상(NF)을 보여주는 도 2에 도시된다. 파워 스플리터 모드에서 작동시, 제 1 스위치(SW1)는 ON되고, 제 2 스위치(SW2)는 OFF된다. 이 모드의 곡선은 도 3에 도시되어 있는데, 여기서, 이득(G) 및 노이즈 형상(NF)은 주파수(f)에 대하여 도시되어 있다.
상기 제 1 및 제 2 스위치들(SW1 및 SW2)은 모드 선택 수단(15)에 의해 제어된다.
제 3 모드는 양 스위치들(SW1 및 SW2)이 OFF될 때 성취되는데, 이에 의해 고이득 스플리터 및 고전류 LNA가 동시에 얻어진다. 이 제 3 모드는 중간-세기의 신호를 위한 것이다.
모드 선택 수단(15)은 원격 제어 디바이스상의 버튼에 의해 또는 증폭기 디바이스(10)상이나 증폭기 디바이스(10)가 존재하는 제품상의 다른 스위치에 의해 제어될 수 있다. 모드 선택 수단(15)은 또한 IF-프로세서들(IF-processors)에서 발견될 수 있는 신호-노이즈 비율 검출기의 출력을 이용하여 자동으로 제어되도록 배열될 수 있다.
기술된 바와 같이, 오늘날의 LNA 튜너는 케이블 TV 시스템에 의해 공급되는 신호들을 항상 다룰 수 있는 것은 아니므로, 바이패스를 필요로 한다. 실행 손실들로 인하여, -1dB(50MHz에서) 내지 -3dB(860MHz에서)의 어느 부분에서도 시스템 수행의 전반적인 저하를 겪는다. 스위치들(SW1 및 SW2)(도 1에서 점선으로 표시)을 제어하는 모드 선택 수단(15)에 의해 성취되는 상기 LNA 모드를 스플리터 모드로스위칭함으로써, 증폭기 디바이스(10)는 "보통" 튜너에 비해 시스템 수행의 어떠한 손실 없이 이러한 케이블 TV 신호들을 다룰 수 있다.
상기 LNA 모드에서, 증폭기 디바이스(10)의 출력에 접속된 수신기(도시하지 않음)는 양호한 노이즈 특성들(전형적으로 저노이즈) 및 고이득을 성취할 수 있다.
상기 스플리터 모드에서, 수신기(도시하지 않음)는 스플리터 모드에서 작동하므로 증폭기 디바이스(10)의 저이득으로 인한 어떠한 성능 저하도 겪지 않는다. 광범한 입력 스테이지는 스플리터와 동일한 상호 변조 제한(intermodulation limitation)을 증폭기 디바이스(10)에 줄 것이다.
상기 제 3 모드에서, 증폭기 디바이스의 이득은, LNA 모드와 스플리터의 레벨 사이에서 상호 변조 레벨에 대해 높은 전류를 유지하는 동안, 증가된다. 이에 의해, 전체 시스템의 신호-노이즈(S/N) 성능은 향상된다.
본 발명에 따른 증폭기 디바이스에 대한 전형적인 성능은 다음과 같다.
LNA 모드: RF-IF NF 3dB, 이득 > 50 dB
RFout을 갖는 스플리터 모드 : RF-IF NF 8dB, 이득 > 40 dB
또한 본 발명은 도 4를 참고하여 아래에 설명되는 방법에서 실현될 수 있다.
제 1 단계(101)는 적어도 두 개의 모드들을 갖는 증폭기 수단에 의한 적어도 제 1 모드 및 제 2 모드에서 신호를 증폭하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 모드는 약한 신호들에 대해 고이득과 저노이즈를 제공하고, 상기 제 2 모드는 강한 신호들을 다루기 위한 저이득 파워 스플리팅을 제공한다.
제 2 단계(102)는 제 3 모드에서 신호를 증폭하는 단계를 포함하고, 상기 제 3 모드는 중간 신호들에 대하여 고이득 및 고전류를 제공한다.
본 발명은 예컨대, 케이블, 지상 및 위성 TV 신호들을 다루는 이것의 응용을 발견한다.
아래의 청구항들에서 이용된 것처럼, 상기 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 설명하기 위한 것이며, 본 기술의 숙련자들은 첨부된 청구범위들로부터 벗어남 없이 대신할 수 있는 많은 실시예들을 설계할 수 있을 것이다. 청구항들에서, 괄호 사이에 위치한 임의의 참고 부호들은 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어지지 않을 것이다. 모든 동사변화들내의 동사 "포함하다"는 청구범위에 목록된 것 이외의 구성 요소들이나 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 구성 요소의 선행 단어 "a" 또는 "an"인 단수 표현은 이러한 구성 요소들의 복수 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 별개의 구성 요소들을 포함하는 하드웨어에 의해서, 적절히 프로그램된 컴퓨터 에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단을 열거하는 디바이스 청구항에서, 이들 여러 수단은 하드웨어의 하나 및 동일한 아이템에 의해 구현될 수 있다. 일정한 측정치들이 상호 다른 종속항들에서 인용되는 단순한 사실은 이러한 측정치들의 조합이 유리한 점으로 이용될 수 없다는 것으로 나타내지 않는다.(상기 참조)

Claims (6)

  1. 증폭기 디바이스(10)에 있어서,
    무선-주파수 입력 신호(RFin)을 증폭하기 위한 증폭기 수단(1)과,
    노이즈 레벨을 결정하는 전류를 조정하기 위해 상기 증폭기 수단(1)에 인가되는 바이어스 전압과 이득을 조정하기 위한 제어 가능한 피드백 루프(1c)를 포함하고, 상기 피드백 루프 및 상기 바이어스 전압은 약한 신호들을 다루기 위한 고이득 및 저노이즈를 제공하는 제 1 모드와 강한 신호들을 다루기 위한 저이득 파워 스플리팅을 제공하는 제 2 모드인 적어도 두개의 다른 모드들을 제공하도록 배열된, 증폭기 디바이스(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증폭기 디바이스(10)는 모드 선택 수단(15)을 포함하며, 상기 피드백 루프(1c)는 상기 증폭기 수단(1)의 출력(1a) 및 입력(1b) 사이에 접속되고, 상기 피드백 루프(1c)는 서로 병렬로 접속된 적어도 제 1 저항기(R1) 및 제 2 저항기(R2)를 포함하며, 상기 제 2 저항기(R2)는 상기 증폭기 수단(1)에 인가되는 상기 바이어스 전압을 또한 제어하는 상기 모드 선택 수단(15)에 의해 제어되는 스위치(SW1)에 직렬로 접속되는, 증폭기 디바이스(10).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 모드 선택 수단(15)은 상기 피드백 루프(1c)및 상기바이어스 전압을 제어하여 고이득 및 고전류를 제공하는 제 3 모드를 제공하도록 배열되는, 증폭기 디바이스(10).
  4. 청구항 1에 청구된 증폭기 디바이스(10)와 적어도 두개의 다른 모드들을 선택하기 위한 수단을 포함하는 제품.
  5. 무선-주파수 신호를 증폭하는 방법에 있어서,
    적어도 두 개의 모드들을 갖는 증폭기 수단에 의해 적어도 제 1 모드 및 제 2 모드에서 상기 신호를 증폭하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 모드는 약한 신호들에 대해 고이득 및 저노이즈를 제공하고, 상기 제 2 모드는 강한 신호들을 다루기 위해 저이득 파워 스플리팅을 제공하는, 무선-주파수 신호 증폭 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 제 3 모드에서 상기 신호를 증폭하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 모드는 중간 신호들에 대해 고이득 및 고전류를 제공하는, 무선-주파수 신호 증폭 방법.
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