TW398142B - Automatic gain control circuit with low distortion - Google Patents

Description

五、發明說明（1) — 本發明係有關於升頻器電路技術，特別是有關於—種 低失真自動增益控制電路。 升頻器（upconverter)電路已廣泛應用於有線電視 (cable television)系統内，用以將射頻（radi〇 frequency)、號轉換為中頻（intermediate frequency) _ 號。通常’升頻器係由三個基本電路方塊所組成，即如^ 1圖所示，分別為一射頻放大器10、一混頻器（1111^1_)12、 以及一本地振盪器1 4等等，由於係屬系統接收前置端，— 般此射頻放大器ίο必須採用低雜訊放大器（LNA : L〇w Noise Amplifier)的設計。第！圖中，由射頻放大器1〇接 收射頻信號RF，將所接收之射頻信號“經放大處理後，及 於混頻器12與本地振盪器14所產生之一振盪信號L〇進行混 頻處理，而自混頻器1 2輸出中頻信號j F。 以有線電視50 -550 MHz訊號系統而言，升頻器應用於 有線電視調變器（TV tuner)的混頻頻帶即如第5圖所示。、 RF輸入頻率、L0頻率、I F鏡像頻率成如下之關係： FREQ(IF) = FREQ(LO) —FREQ(RF 輸入頻率）、 FREQ(IF) = FREQ(IF 鏡像頻率）~~freq(l〇) 習知有一種稱做GilbertS混頻器，係將第1圖之射頻 放大器10與混頻器12予以整合，其詳細電路即如第2圖所 示。此Gilbert式混頻器係屬一雙平衡式混頻器（d〇ubie •balanced mixer)，具有優異的載波抑制能力（carrier suppression)’並呈現相當低的二階生古, t , 1白天具（second order diSt〇rtlon)。雖說以濾、波器實現之非雙平衡式混頻器也

五、發明說明（2) 有相當好的載波抑制能力，但是濾波器對於高值電感與高 值電容之需求’將會佔用較大的佈局面積，故不利於積體 電路積集化之趨勢。 請參照第2圖，g i 1 b e r t式混頻器之混頻器1 2係由四個 場效電晶體1 21、1 22、1 23、124等所組成，如同一四象限 Gilbert 變動互導乘法器（four quadrant Gilbert variable 1:ransconductance multiplier)般運作，係用 以接收差動（differential)振盪信號L〇+和L〇_，並與射頻 放大器1 0所接收放大之射頻信號混頻後輸出差動中頻信號 IF+和IF-。第2圖中，射頻放大器10包括一對場效電晶體 101和1 02、以及分別與場效電晶體丨〇1和1〇2連接之一對電 流源10 3和104 ’而以場效電晶體101和丨〇2之閘極分別接收 差動射頻信號RF+和RF-。 如第2圖所示，期能對不同頻率之射頻信號評提供相 同之功率輸出’故以一自動增益控制（aut〇matic gain control)電路20 ’連接於場效電晶體ιοί和丨〇2之源極間， 藉以提供變動之電阻值。然因加設自動增益控制電路2 〇於 場效電晶體1 0 1和1 〇 2之源極間之故’使得原本可以單一電 流源實現之電路改分之兩個電流源103和1〇4為之。 第2圖所示之習知傳統的自動增益控制（aut〇matic gain control)電路20，包括：兩個串接之場效電晶體2〇1 和202、一對電阻器203和204、以及一電壓源205。其中， 電壓源205分別經由電阻器2 03和204，對場效電晶體2〇1和

C:\ProgramFiles\Patent\0412-3663-E.ptd第 5 頁 五、發明說明（3) 體做偏壓控制的理由，是在相同的導通電阻值下，提供分 段的偏壓控制，可使交流信號獲致較佳的線性度。 然而’場效電晶體2 01和202之阻值RDS係隨著電壓源 2 05所提供之電壓值與及於場效電晶體2〇1汲極和2〇2源極 極之射頻小信號而變動，非為理想之線性阻值，故會導致 非線性失真的缺點。 因此’美國專利第5,56 3,54 5號案中，提出一種改良 之自動增益控制電路3 〇，其詳細電路即如第3圖所示。第3 圖之自動增益控制電路3 〇包括：一場效電晶體3 〇 1、二電 容器302和303、一電阻器304、以及一電壓源3 05等。其 中’電壓源3 05經電阻器304對場效電晶體301之閘極提供 控制偏壓’而電容器3〇2係連接於場效電晶體3〇ι之汲極/和 閘極間、電容器3 〇 3則連接於場效電晶體3 〇 1之源極和閘極 間。 雖然，第3圖之電路可以減少非線性失真的問題，但 疋其與第2圖所示之場效電晶體1 〇】和1 〇 2之源極間尚分別 而經由一電感器（未圖示）進行’對高頻雜訊進行衰減。 因此，本發明之一目的，在於提供一種自動增益控制 電路，較之習知的自動增益控制電路，呈低失真和低雜訊 係數（noise figUre)之特點。 ° 本發明之另一目的，在於提供一種自動增益控制電 ，路，整合差動級電晶體之源極所需各別電感器成單一 :，減少電路積體化的面積，並仍能提供對高頻雜訊的抑 制效果。

C:\ProgramFiles\Patent\0412-3663-E.ptd第 6 頁 五、發明說明（4) 為獲致上述的 控制電路來實現。 端、 目的， ~種自 第一場效電晶體和 本發明 動增益 可藉由 控制電 一第一電阻器、一第 一電容器。電感器 場效電晶體之汲極 體閘極與電壓控制 晶體閘極與電壓控 晶體汲極和閘極間 源極和閘極間。 根據本發明之 功能的射頻放大器 干擾，增加非線性 分別將第一場效電 電晶體之源極較高 二場效電晶體之閘 動，改善非線性失 高阻值，可減少射 頻（諸如鏡像頻率） 和第二場效電晶體 抗增加，故可減少 提供1¾頻雜訊的抑 為讓本發明之 顯易懂，下文特舉 電 係連接 間。第 端間， 制蠕間 ’第二 升頰器 對於諸 失真的 晶體之 頻雜訊 極，故 真的問 頻信號 雜訊而 汲極間 訊號通 制功能 上述和 一較佳 第二場效電 阻器、 於第一 一電阻 第二電 0第一 電容器 電路設 如諧波 影響。 汲極較 干擾耦 使閘極 題。而 從閘極 言，串 之電感 路上的 0 其化目 實施例 一第一 場效電 器係連 阻器則 電容器 則連接 計中， 及振盪 據此， 兩頻雜 合至第 與通道 第一和 端輸出 接於第 器，因 諧波及 提供一種 路係由一 晶體、一 電容器、 晶體之源 接於第一 自動增益 電壓控制 電感器、 以及一第 極和第二 場效電晶 連接於第二場效電 連接於第一場效電 於第二場效電晶體 提供自動增益控制 頻等較高頻雜訊的 第一和第二電容器 訊干擾和第二場效 一場效電晶體和第 阻值RDS同步擾 第二電阻器所具有 肇致耗損。對於高 一場效電晶體源極 高頻使電感器之阻 振盪頻之干擾，即 的、特徵、和優點能更明 ，並配合所附圖式，作詳

五、發明說明（5) 細說明如下： 圖示之簡單說明： 第1圖辞顯示習知一升頻器的電路方塊圖； 第2圖係顯示習知一Gilbert式混頻器的電 第3圖係顯示另一習知自動增益控制電路°圖 第4圖係顯示根據本發明自動増益控制電路一 $訾 施例的電路圖；以及 ^ Ά 第5圖係顯示習知一有線電視調變器的混頻工作頻帶 圖。 符號說明： 10〜射頻放大器；12〜混頻器；14〜本地振盪器；1〇1和 102〜場效電晶體；103和104〜電流源；121、122、123、 124〜場效電晶體；20~自動增益控制電路；2〇1和2〇2〜場效 電晶體；203和2 04〜電阻器；2 0 5〜電壓源；30〜自動增益控 制電路；301~場效電晶體；302和303〜電容器；304〜電阻 器；305〜電壓源；40~自動增益控制電路；401和402〜場效 電晶體；403~電感器；404和405〜電容器；406和407〜電阻 器；以及，4 0 8〜電壓源。 實施例： 請參照第4圖，所示為根據本發明自動增益控制電路 4 0 —較佳實施例的電路圖。根據本發明之自動增益控制電 路40包括：兩個場效電晶體401和40 2、一電感器40 3、二 ^電容器404和405、二電阻器406和407、以及一電壓源 408。其中，場效電晶體401和40 2經由電威器40 3成串接狀

C:\ProgramFiles\Patent\0412-3663-E.ptd第 8 頁 五、發明說明（6) 態。意即場效電晶體4〇1之源極經由電感器403連接場效電 晶體4 0 2之汲極’而場效電晶體4 〇 1之汲極和場效電晶體 402之源極’則分別與第2圖之場效電晶體1(H和1〇2源極連 接。電麼源4 08分別經由電阻器4 06和4〇7對場效電晶體4〇1 和402之閘極提供控制偏壓，標號4〇9即為一電壓控制端。 電容器4 0 4則連接於場效電晶體4 〇丨之汲極和閘極間，而電 容器4 0 5係連接於場效電晶體4 〇 2之源極和閘極間。 ,當於射頻信號之頻率範圍内，考慮差動級射頻放大器 的對稱性’場效電晶體4 〇 1和4 〇 2需具有匹配對稱之結構， 而電容器404和405需具有匹配之電容值，使其阻抗值1/wC 需小於電阻器40 6和407之電阻值R(iwc<R)，通常，電阻器 406和407所需之電阻值r約為數個“甚或更高。然而，電 容器40 4和40 5之射頻阻抗值1/wC，需較場效電晶體4〇1和 402之通道阻值RDS高（Ι/wORDS)，以維持通道阻抗RDS古周 變自動增益之功能，故電容器404和4〇5之電容值約數個° PF。而當於射頻信號之頻率範圍外，對於抑制較高頻雜訊 干擾，電感器403之阻抗值需較場效電晶體4〇1和4〇2之 道阻值RDS高（wL>RDS)，故電感器40 3之電感值約為數 •τ'» U i I*-"* 之操作做 以下將就第4圖所示之自動增益控制電路4 〇 一說明。 电谷· is 根據本發明’電壓源40 8提供一 VAGC電壓及於電 制端40 9 ’經由電阻器40 6和407，使得及於場效電 ^ 和402之閘極處直流偏壓約與VAGC電壓同。

五、發明說明（7) 404和405亦分別將場效電晶體4〇1之沒極較高 和場效電晶體40 2之源極較高頻雜訊干擾，j雜訊干擾 RSD同步擾動，改善非線性失真的問題。^ 耗損。 町领仏唬攸閘極端輪出肇致 對於高頻（諸如鏡像頻率）雜訊而言，串 體4〇1源極和場效電晶體402没極間之電感器4〇3、，琢^電頻曰曰 使電感為403之阻抗WL增加，故可減少訊號通路上的g波 及振盪頻之干擾，即提供高頻雜訊的抑制功能。” / 根據本發明，也可以將數個第4圖所示之自 =電路4G予以串接，更能獲致低失真度和低雜訊係^數之工優 泽5 ° 如上’然其並非用以 在不脫離本發明之精 此本發明之保護範圍 準。 雖然本發明已以較佳實施例揭露 限定本發明’任何熟習此項技藝者， 神和範圍内，當可作更動與潤飾，因 當視後附之申請專利範圍所界定者為

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1. 一種自動增益控制電路，包括： 一電壓控制器； 一第一場效電晶體和一第二場效電晶體； β 一：感-器’連接該第一場效電晶體之-源極鱼兮第 二場效電晶體之一汲極間； /、这第 -第-電阻H’連接於該第i效電晶體之搞 輿該電壓控制器間； .一第二電阻器，連接於該第二場效電晶體之一間搞 與該電壓控制器間； ^ 一第一電容器，連接於該第一場效電晶體之— 和該閘極間；以及 ' 源極 一第二電容器，連接於該第二場效電晶體之一 和該閘極間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之該自動增益控制 路’其中’當於一射頻信號之頻率範圍内，該第—電* 之'阻抗小於該第一電阻器之電阻值。 谷 3. 如、申請專利範圍第2項所述之該自動增益控制電 路’其中、該第一電容器之該阻抗大於該第_場致雷'曰 之導通電阻。 曰日 4 ·如申請專利範圍第1項所述之該自動增益控制電 路’其中’當於一射頻信號之頻率範圍内，該第二電容 之阻抗小於該第二電阻器之電阻值。 各 5.如申請專科範圍第4項所述之該自動增益控制電 路’其中，該第二電容器之該阻抗大於該第二場致電晶

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   六、申請專利範圍 1. 一種自動增益控制電路，包括： 一電壓控制器； 一第一場效電晶體和一第二場效電晶體； β 一：感-器’連接該第一場效電晶體之-源極鱼兮第 二場效電晶體之一汲極間； /、这第 -第-電阻H’連接於該第i效電晶體之搞 輿該電壓控制器間； .一第二電阻器，連接於該第二場效電晶體之一間搞 與該電壓控制器間； ^ 一第一電容器，連接於該第一場效電晶體之— 和該閘極間；以及 ' 源極 一第二電容器，連接於該第二場效電晶體之一 和該閘極間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之該自動增益控制 路’其中’當於一射頻信號之頻率範圍内，該第—電* 之'阻抗小於該第一電阻器之電阻值。 谷 3. 如、申請專利範圍第2項所述之該自動增益控制電 路’其中、該第一電容器之該阻抗大於該第_場致雷'曰 之導通電阻。 曰日 4 ·如申請專利範圍第1項所述之該自動增益控制電 路’其中’當於一射頻信號之頻率範圍内，該第二電容 之阻抗小於該第二電阻器之電阻值。 各 5.如申請專科範圍第4項所述之該自動增益控制電 路’其中，該第二電容器之該阻抗大於該第二場致電晶

   C:\ProgramFiles\Patent\0412-3663-E.ptd 第 11 頁 六、申請專利範圍 之導通電阻。 6. 如申請專利範圍第1項所述之該自動增益控制電 路，其中，該等第一電容器與第二電容器需具有匹配的電 容值。 7. 如申請專利範圍第1項所述之該自動增益控制電 路，其中，該等第一場效電晶體與第二場效電晶體需具有 匹配對稱的結構。 8. 如申請專利範圍第1項所述之該自動增益控制電 路，其中，當於一射頻信號之頻率範圍外，該電感器之阻 抗值對較該射頻信號之頻率範圍高之雜訊提供抑制的作 用0

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