TWI509983B - 溫度補償裝置及衛星訊號接收系統 - Google Patents

Description

溫度補償裝置及衛星訊號接收系統

本發明係指一種溫度補償裝置及衛星訊號接收系統，尤指一種透過穩定電流的方式補償溫度變化的影響，以確保系統正常運作的溫度補償裝置及衛星訊號接收系統。

溫度是影響電子元件特性的重要因素，因此，理想的電子產品必需能在合理溫度變化範圍內保持穩定的效能。為了達成此要求，電子系統中會設置溫度補償機制，以補償溫度變化的影響。

以衛星接收機為例，當天線接收到衛星發送的射頻訊號後，射頻放大器先放大所接收到的射頻訊號，混波器再利用本地振盪器之振盪訊號，將射頻訊號降至中頻或基頻。在此過程中，若混波器或本地振盪器未能正常運作，將導致後端類比或數位電路無法成功進行解調、解碼等運作，而造成衛星接收機發生故障。影響混波器或本地振盪器運作的一項因素即為溫度的變化，主要原因在於衛星接收機通常設置於未被遮蔽的室外，而室外的溫差在某些地區甚至可達攝氏50度以上，此種劇烈的溫度改變會引起電子元件特性(如電阻值、電容值、電晶體的導通阻抗等)的明顯變化，導致混波器或本地振盪器無法正常運作。

詳細來說，混波器的運作原理係將射頻訊號與本地振盪訊號相乘，再利用帶通濾波器濾除不必要的訊號；而本地振盪器的基本架構是由帶通濾波器和放大器所組成的迴路(Loop)，主要是把雜訊反覆放大來達成所需之振盪，而帶通濾波器之目的是讓信號在設計者所需要的頻率處通過。如業界所熟知，要實現混波器及本地振盪器的功能，需利用許多電子元件，如電晶體、電容、電阻等，因而易受溫度變化的影響。

習知溫度補償機制通常是以定電壓方式實現，但定電壓對於電晶體的穩定效果較差，因此有必要發展定電流之溫度補償機制。

因此，本發明主要提供一種溫度補償裝置及衛星訊號接收系統。

本發明揭露一種溫度補償裝置，用來提供主動偏壓至一放大器，包含有一電壓源；複數個負載；以及一電流產生器，用來根據該電壓源所提供之電壓及該複數個負載，產生一電流至該放大器；其中，該複數個負載中一第一負載為一熱敏電阻，該熱敏電阻使該電流於複數個環境溫度下維持於一特定範圍內。

本發明另揭露一種衛星訊號接收系統，包含有一天線，用來接收一衛星訊號；一射頻放大器，耦接於該天線，用來放大該衛星訊號；一本地振盪器，用來產生一本地振盪訊號；一混波器，耦接於該射頻放大器與該本地振盪器，用來對該衛星訊號及該本地振盪訊號進行混波處理，以產生該衛星訊號之一降頻結果；以及一溫度補償裝置，用來提供主動偏壓至該混波器，包含有一電壓源；複數個負載；以及一電流產生器，用來根據該電壓源所提供之電壓及該複數個負載，產生一電流至該放大器；其中，該複數個負載中一第一負載為一熱敏電阻，該熱敏電阻使該電流於複數個環境溫度下維持於一特定範圍內。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一放大電路10之示意圖。放大電路10用來將一輸入訊號Vin放大為一輸出訊號Vout，並可補償溫度對增益的影響，其主要由一放大器100、一溫度補償裝置102及電容C1、C2所組成。放大器100可以是任何型式之放大器，如雙載子電晶體、場效電晶體、達靈頓對電晶體、運算放大器等。需注意的是，「放大器」一詞係本領域具通常知識者所熟知，其不僅形容將訊號振幅放大(即增益大於1)的裝置，其它具有將訊號振幅縮小(即增益小於1)、反相(即增益等於-1)、維持固定(即增益等於1，用於緩衝)等功能的裝置皆屬本領域所稱之放大器，亦可適用本發明之溫度補償機制。如第1圖所示，溫度補償裝置102連接於節點N1、N2，用來提供主動偏壓給放大器100，其主要概念係提供穩定的電流Id，避免受溫度變化而影響放大器100的增益。

溫度補償裝置102的基本架構係由複數個負載、一電壓源及一電流產生器所組成，而電流產生器根據負載及電壓源所提供之電壓，產生電流至放大器100。其中，所有負載中至少有一負載為熱敏電組，其參數及設置方式係使產生的電流能在不同環境溫度下維持在穩定的範圍內。以下以不同實施例說明溫度補償裝置102之可行架構。

請參考第2A圖，第2A圖為本發明實施例一溫度補償裝置20之示意圖。溫度補償裝置20用來實現第1圖之溫度補償裝置102，其包含有一電壓源200、一雙載子電晶體Q21、電阻R21～R27及電容C21、C22。電壓源200用來提供電壓VCC+、VCC-，雙載子電晶體Q21之作用為電流產生器，用以根據電壓VCC+、VCC-及電阻R21～R27，產生電流Id。在電阻R21～R27中，視不同需求，電阻R22、R23、R24、R25、R27皆可為熱敏電阻，且可省略電阻R23、R24或R27等。若省略電阻R23、R24，則雙載子電晶體Q21之基極直接接地，而電阻R22僅接於電壓源200；若省略電阻R27，則雙載子電晶體Q21之集極接於電阻R25、R26及電容C22所形成之節點。

請繼續參考第2B圖，第2B圖顯示將溫度補償裝置20應用於放大電路10。其中，放大器100係以一N通道場效電晶體Q20實現，且省略了溫度補償裝置20之電阻R23、R24，並選定電阻R27為熱敏電阻，換言之，電阻R27的阻抗會隨著溫度升高而降低。此外，如本領域具通常知識者所熟知，N通道場效電晶體Q20的放大增益會隨著閘極電壓升高而升高，並隨著溫度上升而降低。因此，當溫度升高時，電阻R27之阻值減少，電壓V1升高，則N通道場效電晶體Q20之閘極電壓同步升高，進而使N通道場效電晶體Q20的放大增益提高，而原本N通道場效電晶體Q20會因為溫度升高而降低增益的特性便因此而得到補償。

因此，由第2B圖可知，藉由將電阻R27選定為熱敏電阻，當溫度上升時，原本因溫度升高而降低增益的特性可得到補償。同理，因溫度降低而提高增益的特性亦可得到補償。簡單來說，溫度補償裝置20主要目的在於穩定電流Id，使電壓V1隨溫度改變而改變，進而調整N通道場效電晶體Q20之閘極電壓，使其放大增益可適應溫度而改變。

需注意的是，第2A、2B圖僅用來說明本發明之概念，凡依此所做之各種變化皆屬本發明之範疇。舉例來說，雙載子電晶體Q21亦可視系統需求，改用其它形式之電晶體。另外，由於熱敏電阻的初始常溫阻值、溫度係數的選擇性等較受限，可能較難選擇出剛好的熱敏電阻。因此，可進一步調整各電阻的阻值，或增加並聯電阻等。例如，在第2C圖中，電阻R27另並聯一電阻R28。

除此之外，請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一溫度補償裝置30之示意圖。溫度補償裝置30用來實現第1圖之溫度補償裝置102，其包含有一電壓源300、雙載子電晶體Q31、Q32、電阻R31～R33及電容C31～C33。電壓源300用來提供電壓VCC，雙載子電晶體Q31、Q32為串疊架構，作用為電流產生器，用以根據電壓VCC及電阻R31～R33，產生電流Id。在電阻R31～R33中，視不同需求，電阻R31、R33皆可為熱敏電阻，且若無法選擇出剛好的熱敏電阻，可進一步調整各電阻的阻值，或如第2C圖所示增加並聯電阻。

另外，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一溫度補償裝置40之示意圖。溫度補償裝置40用來實現第1圖之溫度補償裝置102，其包含有一電壓源400、雙載子電晶體Q41、Q42、電阻R41～R45及電容C41、C42。電壓源400用來提供電壓VCC+、VCC-，雙載子電晶體Q41、Q42形成電流鏡，作用為電流產生器，用以根據電壓VCC+、VCC-及電阻R41～R45，產生電流Id。在電阻R41～R45中，視不同需求，電阻R42、R44皆可為熱敏電阻，且若無法選擇出剛好的熱敏電阻，可進一步調整各電阻的阻值，或如第2C圖所示增加並聯電阻。

第2A～2C圖、第3圖及第4圖皆是用來說明第1圖中溫度補償裝置102可行的實施方式，但不限於此，凡是可穩定電流Id，並以電壓源、電流產生器及至少一熱敏電阻之負載組成的架構皆適用於本發明。

更進一步地，如前所述，第1圖中放大器100可以是雙載子電晶體、場效電晶體、達靈頓對電晶體、運算放大器等，且不限於將訊號振幅放大的裝置。因此，可進一步將本發明之溫度補償裝置應用於衛星訊號接收系統。

舉例來說，請參考第5A圖，第5A圖為一衛星訊號接收系統50之示意圖。衛星訊號接收系統50包含有一天線500、一射頻放大器502、一混波器504、一本地振盪器506及一溫度補償裝置508。當天線500接收到衛星訊號後，射頻放大器502會適度放大衛星訊號。本地振盪器506用來產生本地振盪訊號，而混波器504則對射頻放大器502所輸出的衛星訊號及本地振盪訊號進行混波處理，以產生衛星訊號之一降頻結果So，供後端中頻或基頻部分處理。其中，溫度補償裝置508可與第2A～2C圖、第3圖及第4圖相同或包含適度變化，用來提供主動偏壓給混波器504，並使提供給(或汲取自)混波器504的電流於不同環境溫度下維持於特定範圍內。如此一來，可確保混波器504中的放大器在不同溫度下維持穩定增益，避免劇烈的溫度改變導致混波器504無法正常運作。

同理，如第5B圖所示，亦可以一溫度補償裝置510提供主動偏壓給本地振盪器506，使本地振盪器506中的放大器在不同溫度下維持穩定增益，避免劇烈的溫度改變導致本地振盪器506無法正常運作。

綜上所述，本發明係透過穩定電流的方式補償溫度變化的影響，因此可提升電晶體的穩定效果，確保系統正常運作。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．放大電路

Vin．．．輸入訊號

Vout．．．輸出訊號

100．．．放大器

102、20、30、40．．．溫度補償裝置

C1、C2．．．電容

N1、N2．．．節點

Id．．．電流

200、300、400．．．電壓源

Q21、Q31、Q32、Q41、Q42．．．雙載子電晶體

R21～R27、R28、R31～R33、R41～R45．．．電阻

C21、C22、C31～C33、C41、C42．．．電容

VCC+、VCC-、V1、VCC．．．電壓

50．．．衛星訊號接收系統

500．．．天線

502．．．射頻放大器

504．．．混波器

506．．．本地振盪器

508、510．．．溫度補償裝置

So．．．降頻結果

第1圖為本發明實施例一放大電路之示意圖。

第2A圖為本發明實施例一溫度補償裝置之示意圖。

第2B圖顯示將第2A圖之溫度補償裝置應用於第1圖之放大電路之示意圖。

第2C圖為第2B圖之變化實施例之示意圖。

第3圖及第4圖為本發明不同實施例之溫度補償裝置之示意圖。

第5A圖及第5B圖為應用本發明之溫度補償裝置之衛星訊號接收系統之示意圖。

10．．．放大電路

Vin．．．輸入訊號

Vout．．．輸出訊號

100．．．放大器

102．．．溫度補償裝置

C1、C2．．．電容

N1、N2．．．節點

Id．．．電流

Claims (12)

1. 一種溫度補償裝置，用來提供主動偏壓至一放大器，包含有：一第一節點，電性連接於該放大器之一輸出端；一第二節點，電性連接於該放大器之一輸入端；一電壓源；複數個負載，用來根據該電壓源所提供之一第一電壓，提供一電流至該第一節點以及提供一第二電壓至該第二節點，其中該複數個負載中至少二負載電性連接於該第一節點與該第二節點；以及僅一電流產生器，用來根據該複數個負載之一第一負載所導致之一阻抗變化，調整提供至該第一節點之該電流，以維持該電流於一特定範圍內；其中，該複數個負載中該第一負載為一熱敏電阻，該熱敏電阻用來產生該阻抗變化，該阻抗變化隨著一環境溫度變化而變化；其中，該第二電壓隨著該第一負載所導致之該阻抗變化而變化。
2. 如請求項1所述之溫度補償裝置，其中該電流產生器係一雙載子電晶體。
3. 如請求項2所述之溫度補償裝置，其中該第一負載介於該雙載子電晶體之一集極與該電壓源之間，或介於該雙載子電晶體之一基極與一地端之間，或介於該雙載子電晶體之該基極與該電壓源之間，或介於該雙載子電晶體之一射極與該電壓源之間。
4. 如請求項1所述之溫度補償裝置，其中該電流產生器包含串疊之一第一雙載子電晶體及一第二雙載子電晶體，該第一負載介於該第一雙載子電晶體之一基極與該放大器之間，或介於該第二雙載子電晶體之一基極與該電壓源之間。
5. 如請求項1所述之溫度補償裝置，其中該電流產生器係一電流鏡。
6. 如請求項5所述之溫度補償裝置，其中該電流鏡包含一第一雙載子電晶體與一第二雙載子電晶體，該第一雙載子電晶體之一基極耦接於與該第二雙載子電晶體之一基極與一集極，該第一負載介於該第二雙載子電晶體之該集極與一地端之間，或介於該第二雙載子電晶體之一射極與該電壓源之間。
7. 一種衛星訊號接收系統，包含有：一天線，用來接收一衛星訊號；一射頻放大器，耦接於該天線，用來放大該衛星訊號；一本地振盪器，用來產生一本地振盪訊號；一混波器，耦接於該射頻放大器與該本地振盪器，用來對該衛星訊號及該本地振盪訊號進行混波處理，以產生該衛星訊號之一降頻結果；以及一溫度補償裝置，用來提供主動偏壓至該混波器，包含有：一第一節點，電性連接於該放大器之一輸出端；一第二節點，電性連接於該放大器之一輸入端；一電壓源；複數個負載，用來根據該電壓源所提供之一第一電壓， 提供一電流至該第一節點以及提供一第二電壓至該第二節點，其中該複數個負載中至少二負載電性連接於該第一節點與該第二節點；以及僅一電流產生器，用來根據該複數個負載之一第一負載所導致之一阻抗變化，調整提供至該第一節點之該電流，以維持該電流於一特定範圍內；其中，該複數個負載中該第一負載為一熱敏電阻，該熱敏電阻用來產生該阻抗變化，該阻抗變化隨著一環境溫度變化而變化；其中，該第二電壓隨著該第一負載所導致之該阻抗變化而變化。
8. 如請求項7所述之衛星訊號接收系統，其中該電流產生器係一雙載子電晶體。
9. 如請求項8所述之衛星訊號接收系統，其中該第一負載介於該雙載子電晶體之一集極與該電壓源之間，或介於該雙載子電晶體之一基極與一地端之間，或介於該雙載子電晶體之該基極與該電壓源之間，或介於該雙載子電晶體之一射極與該電壓源之間。
10. 如請求項7所述之衛星訊號接收系統，其中該電流產生器包含串疊之一第一雙載子電晶體及一第二雙載子電晶體，該第一負載介於該第一雙載子電晶體之一基極與該放大器之間，或介於該第二雙載子電晶體之一基極與該電壓源之間。
11. 如請求項7所述之衛星訊號接收系統，其中該電流產生器係一 電流鏡。
12. 如請求項11所述之衛星訊號接收系統，其中該電流鏡包含一第一雙載子電晶體與一第二雙載子電晶體，該第一雙載子電晶體之一基極耦接於與該第二雙載子電晶體之一基極與一集極，該第一負載介於該第二雙載子電晶體之該集極與一地端之間，或介於該第二雙載子電晶體之一射極與該電壓源之間。