SE519333C2 - Blandare innefattande brusreducerande passivt filter - Google Patents

Description

25 30 519 333 2 Ett känt problem med den klassiska aktiva blandaren är det omkopplingsbrus som genereras av blandarkämans transistorer när de slår om mellan sina "på-tillstånd" och "av-tillstånd". US 5,589,791 av Gilbert beskriver detta problem, och illustrerar brusskurar som alstras under omkopplingsperioder när LO-signalen ändras mellan högt och lågt tillstånd. US 5,589,791 av Gilbert beskriver också en blandare som har en RF-ingångsport, en LO-ingångsport och en aktiv ingångsdrivkrets ansluten till LO-ingångsporten. Ingångsdrivkretsen är en komplex krets innefattande en ingång fór mottagande av en enkelsidig LO-signal, och inte mindre än 21 transistorer som utgör klass AB-emitterfóljare och ett tillhörande balanseringssteg. Den aktiva ingångsdrivkretsen syftar till att orsaka en forcerad matning och dränering av laddning från var och en av blandarkärnans LO-ingångsterrninaler för tillhanda- hållande av snabbare omslag mellan på-tillstånd och av-tillstånd i blandarkäman.

Redogörelse för uppfinningen En aspekt av uppfinningen avser problemet att tillhandahålla en blandare med fór- bättrad prestanda till låg kostnad.

Detta ernås medelst en blandare innefattande en första och en andra transistor vilkas styren är kopplade till en första ingångsklämma för mottagande av en första signal, en tredje och en fjärde transistor vilkas styren är kopplade till en andra ingångsklämma för mottagande av den första signalen, en femte och en sjätte transistor vilkas styren är kopplade till en tredje respektive en fjärde ingångsklämma för mottagande av en andra signal, varvid den första och den tredje transistorns emittrar är kopplade till den femte transistorns kollektor, varvid den andra och den fjärde transistoms emittrar är kopplade till den sjätte transistoms kollektor, varvid den femte och den sjätte transistoms emittrar är kopplade till jord, varvid den första och den fjärde transistoms kollektorer är kopplade till en blandarutgångsports ena utgångsklämma och varvid den andra och den tredje transistoms kollektorer är kopplade till blandarutgångsportens andra utgångsklämma, där enligt uppfinningen den forsta och den andra transistorns styren och den tredje och den fjärde 10 15 20 25 30 519 533 3 transistoms styren är kopplade till den första respektive den andra ingångsklämman via respektive passiva lågpassfilter.

Dessa filter fungerar fördelaktigt för att nerkorta stigtiden för den signal som styr transistom. En snabbare stigtid för den signalen orsakar ett snabbare omslag av transistom från icke-ledande till ledande tillstånd. Eftersom det brus som alstras av en blandare emanerar till stor del från brus alstrat av en transistor under omslag från ett ledande till ett icke-ledande tillstånd, så reduceras därmed den totala mängden brus, när blandaren är försedd med sådana filter. Eftersom filtren har endast passiva komponenter, förbättras blandarens tillförlitlighet och brusbidraget är minimalt. En ytterligare fördel som uppnås med passiva komponenter är låg komponentkostnad.

Sålunda uppnår blandaren, när den används i en mottagare, en tillförlitlig radiomottagare med god ljudtrogenhet till låg kostnad.

Kort beskrivning av ritningarna För enkel förståelse av föreliggande uppfinning, kommer den att beskrivas medelst exempel och med hänvisning till de tillhörande ritningama, i vilka: F ig. 1 är ett blockschema av en utföringsform av en superheterodynmottagare.

Fig. 2 är ett kretsschema över en utföringsforrn av den blandare som visas i fig. 1.

F ig. 3A är ett spänning/tid-diagram illustrerande tidsförändringen hos amplituden för en LO-signal.

Fig. 3B är ett mer detalj erat spänning/tid-diagram illustrerande tidsförändringen för amplituden för en positiv flank för LO-signalen som visas i fig. 3A.

Fig. 3C är ett spänning/tid-diagram illustrerande tidsförändringen för amplituden för signalen vid en transistorgrind i beroende av den positiv-flank-signal som illustreras i fig. 3B.

Fig. 4A är ett kretsschema av en annan utföringsfonn av den blandare som visas i fig. 1, kopplad till en lokaloscillator.

Fig. 4B illustrerar en annan version av kretsen i fig. 4A. 10 15 20 25 519 333 4 F ig. 5 är ett kretsschema av ytterligare en annan utföringsform av den blandare som visas i fig. 1.

Fig. 6 är ett kretsschema av ytterligare en utföringsform av den blandare som visas i fig. 1.

Fig. 7 är ett kombinerat blockschema/kretsschema av en utföringsform av den blandare som visas i ñg. 1, varvid filtren representeras som block.

Fig. 8 illustrerar en utföringsform av ett filter som har två induktorer och två kapacitorer.

Detaljerad beskrivning av utfóringsformer I följ ande beskrivning indikeras liknande särdrag i olika utföringsformer med Samma FCfCTCIISIIUmIIICI.

Fig. 1 är ett blockschema av en utföringsform av en superheterodynmottagare 10 som har en antenn 20 kopplad till en radiofrekvenskrets 30. När en signal mottages av antennen, levererar radiofrekvenskretsen 30 en radiofrekvenssignal (RF-signal) till ingångarna 40, 50 på blandaren 60.

Blandaren 60 har också ingångar 70, 80 för mottagande av en inställningsoscillator- signal från en lokaloscillator 90, och utgångar 100, 110 för leverans av en mellan- frekvenssignal (IF-signal). Utgångama 100, 110 är kopplade till ingångar 120, 130 på en mellanfrekvensförstärkare 140 som har utgångar för leverans av en förstärkt IF -signal till en detektorkrets 150. Detektorkretsen 150 genererar en audiofrekvens- signal (AF-signal) i beroende av IF-signalen, och AF -signalen levereras till en audiofrekvensförstårkare 160 som fungerar att förstärka AF-signalen, och leverera densamma till en last 170, såsom en högtalare.

Fig. 2 är ett kretsschema av en utföringsform av blandaren 60 som visas i fig. 1. 10 15 20 25 30 519 333 5 Blandaren i fig. 2A har en första transistor Ql och en andra transistor Q2, vars styren är kopplade till ingångama 40 respektive 50, för mottagande av RF-signalen.

Emittrama på transistorerna Q1 och Q2 är kopplade till signalj ord 180, företrädesvis via en balanseringsströmanordning 190.

Den första LO-ingången 70 är kopplad till styret 233 på en första omkopplingstran- sistor Q3 via en induktor 230, och till styret 243 på en andra omkopplingstransistor Q4 via en induktor 240. En kondensator 235 är kopplad mellan signalj ord och kopp- lingspunkten mellan induktom 230 och transistoms Q3 styre 233, så att LC-kretsen utgör ett första lågpassfilter F3. En annan kondensator 245 är likaledes kopplad mellan signalj ord och kopplingspunkten mellan induktom 240 och transistoms Q4 styre 243, såsom illustreras i fig. 2A, för att utgöra ett andra lågpassfilter F4. Induk- torema 230 och 240 har en induktans och en serieresistans. På grund av resistansen är filtren F3 och F4 dämpade, varför oönskad oscillation i kretsen undviks.

Den andra LO-ingången 80 är kopplad till styret 253 på en tredje omkopplingstran- sistor Q5 via en induktor 250, och till styret 263 på en fjärde omkopplingstransistor Q6 via en induktor 260. Kondensatorer 255 respektive 265 är kopplade mellan signaljord och transistoremas Q5 respektive Q6 styren, såsom illustreras i fig. 2A.

Induktom 250 i kombination med kondensatorn 255 utgör ett tredje lågpassfilter F5, och induktom 260 i kombination med kondensatom 265 utgör ett fjärde lågpassfilter F6. Induktorema 250 och 260 har också en induktans och en resistans för att und- vika oönskad oscillation i kretsen.

Transistorernas Q3 och Q4 kollektoranslutningar är kopplade till den första IF- signalutgången 100 medan transistoremas Q5 och Q6 kollektoranslutningar är kopplade till den andra IF-signalutgången 110.

Fig. 3A är ett spänning/tid-diagram illustrerande amplitudens tidsförändring för LO- signalen, d.v.s. den signal som tillhandahålles av lokaloscillatorn 90 i fig. 1. Stig- 10 15 20 25 30 519 333 6 tiden T, för en positiv flank av signalen definieras vanligen som tidsåtgången för signalamplituden att förändras från 20 % av toppvärdet till 80 % av toppvärdet (se fig. 3A).

Fig. 3B är ett mer detaljerat spänning/tid-diagram illustrerande amplitudens tidsför- ändring för en positiv flank av LO-signalen som visas i fig. 3A.

Fig. 3C är ett spänning/tid-diagram illustrerande amplitudens tidsförändring för signalen vid styret 233 (se fig. 2) i beroende av den positiva flanksignalen som illustreras i fig. 3B. Med hänvisning till fig. 2 stängs transistom Q3 av när amplitu- den vid styret är under den nivå vl som visas i fig. 3B och 3C. När amplituden vid styret är över nivån v2 som visas i fig. 3B/3C, så leder transistom Q3 så bra att det inte finns något spänningssving vid dess utgång, d.v.s. transistom är bottnad.

Genom att jämföra de signalstycken som visas i fig. 3B och 3C kan det tydligt ses att tidsperioden t4-t3 i fig. 3C är kortare än tidsperioden t2-t1 i fig. 3B. Faktum är att stigtiden för LO-signalen är kortare efter att LO-signalen passerat genom filtret F3 (se fig. 2).

Det inses, genom jämförelse av fig. 3B och 3C, att när en positiv flank av LO-signa- len, som har en viss lutning, levereras till anslutningen 70 så är amplituden vid styr- anslutningen 233 (se fig. 2) inledningsvis opåverkad. Under denna fas laddas emel- lertid filtret F3 med reaktiv energi. Filtret F 3 kommer sålunda initialt att orsaka en fördröjning, och därefter kommer filtret att orsaka signalnivån vid styranslutningen 233 att ha en brantare lutning än signalens lutning vid anslutning 70. En snabbare stigtid för signalen orsakar ett snabbare omslag för transistom Q3 från icke-ledande tillstånd till ledande tillstånd. Eftersom brusbidraget från en transistor företrädesvis alstras under omslag mellan ett ledande tillstånd och ett icke-ledande tillstånd, så blir mängden brus därigenom fördelaktigt reducerad när blandaren förses med filter såsom F3, F4, F 5 och F6. 10 15 20 25 519 333 Enligt föredragna utföringsformer har lågpassfiltren F3, F 4, F 5 och F6 enbart pas- siva komponenter, varför de tillhandahåller hög tillförlitlighet och minimalt brus- bidrag. En ytterligare fördel som erhålles med passiva komponenter är låg kompo- nentkostnad. Blandaren 60 ger sålunda radiomottagaren tillförlitlighet och hög signalåtergivningstrogenhet till låg kostnad.

Enligt en utföringsform väljs induktoms 230 induktans och kondensatorns 235 kapacitans i filtret F3 så att tidskonstanten för filtret F3 har ett värde som liknar LO-signalens stigtid. I detta sammanhang definieras stigtiden såsom beskrivits i samband med fig. 3A ovan. Enligt utföringsformer av uppfinningen har filtrets F 3 tidskonstant ett värde i intervallet från 0,2 till 10 gånger LO-signalens stigtid. Enligt några utföiingsforiner av uppfinningen har filtrets F3 tidskonstant ett värde i inter- vallet från 0,5 till 2 gånger LO-signalens stigtid. Enligt en föredragen utfóringsforrn väljs filtrets tidskonstant i intervallet från 90 % till 110 % av LO-signalens stigtid.

Eftersom LO-signalens falltid, vanligtvis, är väsentligen samma som dess stigtid, så är vanligen förhållandet mellan falltiden och flltrets tidskonstant vanligen samma.

Om, emellertid, det är en distinkt skillnad mellan stig- och falltiden för LO-signalen, så skall de ovannämnda förhållandena gälla för filtrets tidskonstant jämfört med medelvärdet av stig- och falltid för LO-signalen.

Enligt en utföringsfonn av uppfinningen väljs filtrens tidskonstant till 20 pikosekun- der för en krets där LO-signalen har en stigtid om 20 ps. LO-signalen kan, exempel- vis, ha en period om 120 ps.

Ett exempel på en blandare med kretsschemat enligt fig. 2 innefattar följ ande komponentvården: Var och en av induktorerna 230, 240, 250, 260 har en induktans om 1 nH, och en serieresistans om 50 ohm. Var och en av kondensatorerna 235, 10 15 20 25 519 533 8 245, 255, 265 har en kapacitans om 0,03 pF. Tidskonstanten för filtret är sålunda 34 ps, erhållet som 2*pi*.sqrt(LC).

LO-signalen har en ingångsperiodtid om 120 ps, en stigtid om 20 ps, och en falltid om 20 ps. Pulsbredden för LO-signalen är i detta exempel 40 ps.

Diskussionen ovan avseende förhållandet mellan filtertidkonstanten och LO-signa- len är applicerbar, inte enbart till uttöringsforinen enligt fig. 2, utan också till de övriga utföringsformer av uppfinningen som beskrivs i denna text.

Fig. 4A innefattar ett kretsschema av en annan utföringsform av blandaren 60 som visas i fig. 1. Fig. 4A illustrerar också ett blockschema av en lokaloscillator 90 som har en likspänningsbalanseringskälla 270 och växelspänningssignalkällor 275, 280.

Signalkällan 280 är 180 grader fasförskjuten i förhållande till signalkällan 275, så- som indikeras av polaritetsreferenserna + och - i fig. 4A. Enligt utföringsfonnen i fig. 4A är ett filter F kopplat till anslutningama 70, 80. Filtret F innefattar en första induktor 300 som är kopplad mellan ingångsanslutning 70 och styrena på transisto- rema Q3 och Q4. En andra induktor 310 är kopplad mellan ingångsterminal 80 och styrena på transistorema Q5 och Q6, och en kondensator 320 är kopplad mellan styrena på transistorema Q3/Q4 och Q5/Q6, såsom visas i fig. 4. Induktorema 300, 310 är induktiva och resistiva av samma orsaker som nämnts ovan för induktor 230.

Fig. 4B skiljer sig från fig. 4A i det att två kondensatorer 321 ersätter den enda kondensatom 320. Varje kondensator 321 har dubbelt så stort kapacitansvärde som kondensatorn 320, och anslutningen mellan kondensatorema är kopplad till jord 322. På detta sätt samverkar kondensatorema 321 att tillhandahålla en kapacitans med samma värde som kondensatorn 320, men med den ytterligare fördelen att den är jordad så att en definierad likspänningsnivå erhålles. 10 15 20 519 333 9 Fig. 5 är ett kretsschema av ännu en ytterligare utföringsform av blandaren 60 som visas i fig. 1. Enligt utföringsforrnen i fig. 5 är en första induktor 300 kopplad mel- lan ingångsanslutning 70 och styrena på transistorema Q3 och Q4 och en kondensa- tor 330 är kopplad mellan styrena på transistorema Q3/Q4 och jord, såsom visas i fig. 5. En andra induktor 310 är kopplad mellan ingångsanslutningen 80 och transis- torernas Q5 och Q6 styren, och en kondensator 340 är kopplad mellan transistorer- nas Q3/Q4 styren och jord.

Fig. 6 är ett kretsschema av ännu en ytterligare utföringsforrn av blandaren 60 som visas i fig. 1. Utfóringsforinen enligt fig. 6 överensstämmer med utföringsformen enligt fig. 2, men emedan kondensatorerna 235, 245, 255, 265 i fig. 2 är kopplade till jord, så är var och en av de motsvarande kondensatorema 435, 445, 455, 465 i utföringsforrnen enligt fig. 6 kopplade till respektive transistors kollektoranslutning.

Fig. 7 är ett kombinerat blockschema/kretsschema av en utföringsform av den blandare som visas i fig. 1, varvid filtren representeras som block. Filtren F 3, F4, F5 och F 6 kan bestå av enkla passiva filtersteg som har en enda induktor och en enda kondensator såsom beskrivits med hänvisning till fig. 2 ovan. I en altemativ utföringsfonn har varje filter ett flertal LC-par. F ig. 8 illustrerar en utföringsform av filtret F 3 som har två induktorer och två kondensatorer. Också när filtret har ett flertal LC-par, såsom visas i fig. 8, gäller det ovan beskrivna förhållandet mellan filtertidkonstanten och LO-signalens stigtid.

Claims (6)

10 15 20 25 30 519 333 10 Patentkrav

1. Blandare innefattande en första och en andra transistor (Q3, Q4) vilkas styren (233, 243) är kopplade till en första ingångsklämma (70) för mottagande av en forsta signal, en tredje och en fjärde transistor (QS, Q6) vilkas styren (253, 263) är kopplade till en andra ingångsklämma (80) för mottagande av den första signalen, en femte och en sjätte transistor(Q1, Q2) vilkas styren (253, 263) är kopplade till en tredje respektive en fjärde ingångsklämma (40, 50) för mottagande av en andra signal, varvid den första och den tredje transistorns (Q3, QS) emittrar är kopplade till den femte transistoms (Ql) kollektor, varvid den andra och den fjärde transistoms (Q4, Q6) emittrar är kopplade till den sjätte transistoms (Q2) kollektor, varvid den femte och den sjätte transistoms (Q1, Q2) emittrar är kopplade till jord (180), varvid den första och den fjärde transistoms (Q3, Q6) kollektorer är kopplade till en blandarutgångsports ena utgångsklämma (100) och varvid den andra och den tredje transistoms (Q4, Q5) kollektorer är kopplade till blandarutgångsportens andra utgångsklämma (110), kännetecknad av att den första och den andra transistoms (Q3, Q4) styren (233, 243) och den tredje och den fjärde transistoms (Q5, Q6) styren (253, 263) är kopplade till den första respektive den andra ingångsklämman (70, 80) via respektive passiva lågpassfilter.

2. Blandaren enligt kravet 1, kännetecknad av att varje filter innefattar en induktor som är kopplad mellan respektive transistors styre och respektive ingångsklämma.

3. Blandaren enligt kravet 2, kännetecknad av att hopkopplingspunkten mellan respektive transistors styre och respektive induktor är kopplad till jord via en kondensator (235, 245, 255, 265).

4. Blandaren enligt kravet 2, kännetecknad av att minst en kondensator (320) är kopplad mellan den första och den andra transistorns (Q3, Q4) styren och den tredje och den fjärde transistoms (Q5, Q6) styren. 519 333 ll

5. Blandaren enligt kravet 4, kännetecknad av att två kondensatorer (321) är kopplade mellan den första och den andra transistorns (Q3, Q4) styren och den tredje och den fjärde transistorns (Q5, Q6) styren, varvid hopkopplingspunkten mellan kondensatorerna är kopplad till jord.

6. Blandaren enligt kravet 2, kännetecknad av att hopkopplingspunkten mellan respektive transistors styre och respektive induktor är kopplad till respektive transistors emitter via en kondensator (435, 445, 455, 465).