TWI568199B - 衛星天線接收器及其訊號接收電路 - Google Patents

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Description

衛星天線接收器及其訊號接收電路
本發明係關於一種衛星天線訊號接收電路，特別關於一種具有電源供應功能之衛星天線訊號接收電路。
近年來，電子產品多朝向低功耗、高轉換效率的方向發展，不僅可以降低所需使用的能源，亦可有效利用能源。
然而，傳統衛星天線接收器，通常係使用線性穩壓器(Linear dropout regulator,LDO)作為電壓源，由於衛星天線接收器所接收之外部電壓源通常為13V~18V，因此線性穩壓器的輸入電壓即為13V~18V，若線性穩壓器需將輸出電壓轉換為5V，其轉換效率就非常低，例如：輸入電壓為13V，輸出電壓為5V，流經電流為0.1A(線性穩壓器之輸入電流與輸出電流相同)，亦即其輸入功率為13V*0.1A=1.3W，輸出功率為5V*0.1A=0.5W，其轉換效率則為0.5W/1.3W*100%=38.4%，所損耗的功率多達0.8W，若輸入電壓為18V，輸出電壓為5V，則其輸入功率為18V*0.1A=1.8W，輸出功率為5V*0.1A=0.5W，其轉換效率為0.5W/1.8W*100%=27.7%，所損耗功率為1.3W，不僅轉換效率低落，產生的熱量更是非常可觀，亦須考量相應之散熱設計。
因此，如何提供一種具有高轉換效率之電源供應功能的衛星天線接收器的訊號接收電路，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的係提供一種衛星天線接收器之訊號接收電路，衛星天線接收器具有至少一第一天線，且訊號接收電路適於電性連接至一數位訊號轉換裝置。訊號接收電路包括：一放大器模組，電性連接至少一第一天線，接收一天線訊號；以及一訊號處理暨電源供應單元，電性連接放大器模組，以將天線訊號降頻後傳輸至數位訊號轉 換裝置，訊號處理暨電源供應單元具有一充電泵，係接收數位訊號轉換裝置的輸出訊號，並提供至少一驅動電源給訊號接收電路。
在一實施例中，衛星天線接收器還具有至少一第二天線。
在一實施例中，放大器模組包括：一第一放大器，接收第一天線之天線訊號；一第二放大器，接收第二天線之天線訊號；以及一第三放大器，電性連接第一放大器和第二放大器，接收第一放大器或第二放大器之天線訊號。
在一實施例中，第一放大器、第二放大器和第三放大器為低雜訊放大器(Low-Noise Amplifier,LNA)。
在一實施例中，訊號處理暨電源供應單元還包括：一帶通濾波器，接收放大器模組之天線訊號，進行濾除雜訊及擷取適當頻率之訊號；一振盪器，提供一振盪訊號；一混合器，接收振盪訊號，對天線訊號進行降頻處理；以及一第四放大器，對降頻後之天線訊號進行放大處理，傳輸至數位訊號轉換裝置。
在一實施例中，第四放大器為中頻放大器。
在一實施例中，振盪訊號之頻率係為9.75GHz~10.6GHz。
在一實施例中，充電泵包括：一第一電容具有一第一端和一第二端；一輸出電容具有一第一端和一第二端，輸出電容之第二端電性連接一接地端；一第一開關具有一第一端和一第二端，第一開關的第一端和第二端分別電性連接一工作電源和第一電容的第一端；一第二開關具有一第一端和一第二端，第二開關的第一端電性連接一接地端，第二開關的第二端電性連接第一電容的第二端；一第三開關具有一第一端和一第二端，第三開關之第一端電性連接第一開關之第二端和第一電容的第一端；一第四開關具有一第一端和一第二端，第四開關的第一端電性連接第二開關的第二端和第一電容的第二端，第三開關的第二端電性連接第四開關的第二端和輸出電容的第一端；其中，於一第一作動階段，第一開關和第四開關為短路，第二開關和第三開關為開路，於一第二作動階段，第一開關和第四開關為開路，第二開關和第三開關為短路，於輸出電容之第一端輸出一輸出電壓。
有鑑於上述課題，本發明之目的係提供一種衛星天線接收器，適於電性連接一數位訊號轉換裝置，衛星天線接收器包括：至少一第一天線；以及一訊號接收電路，其包括：一放大器模組，電性連接至少一天線，接收一天線訊號；以及一訊號處理暨電源供應單元，電性連接放大器模組。其中，訊號處理暨電源供應單元將天線訊號降頻後傳輸至數位訊號轉換裝置，訊號處理暨電源供應單元具有一充電泵，係接收數位訊號轉換裝置的輸出訊號，並提供至少一驅動電源給訊號接收電路。
綜上所述，本發明之衛星天線接收器，係將充電泵整合進訊號處理暨電源供應單元中，可降低電路設計之複雜程度，而且充電泵之轉換效率，比習知技術線性穩壓器(LDO)之轉換效率(約為20~40%)要高，因此可以有效降低功耗及減少散熱成本。
1‧‧‧衛星天線接收器
10‧‧‧天線模組
11‧‧‧第一天線
12‧‧‧第二天線
2‧‧‧數位訊號轉換裝置
20‧‧‧訊號接收電路
200‧‧‧放大器模組
201‧‧‧第一放大器
202‧‧‧第二放大器
203‧‧‧第三放大器
210‧‧‧訊號處理暨電源供應單元
211‧‧‧帶通濾波器
212‧‧‧混合器
213‧‧‧振盪器
214‧‧‧第四放大器
215‧‧‧充電泵
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
C1‧‧‧第一電容
Cout‧‧‧輸出電容
Vout‧‧‧輸出電壓
Vdd‧‧‧工作電源
圖1繪示為本發明之一較佳實施例的衛星天線接收器的訊號接收電路之示意圖。
圖2A繪示為圖1中之充電泵之電路示意圖。
圖2B繪示為圖2A之充電泵於第一作動階段之示意圖。
圖2C繪示為圖2A之充電泵於第二作動階段之示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種衛星天線接收器之訊號接收電路，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖1，衛星天線接收器1包括一天線模組10、一訊號接收電路20。衛星天線接收器1係電性連接一數位訊號轉換裝置2，以將接收之天線訊號傳輸至數位訊號轉換裝置2進行播放。
衛星天線接收器1係設置於一碟型天線(圖未示)上，以接收天線訊號。天線模組10至少包括至少一第一天線11。然而，在較佳的實施例中，天線模組10還包括至少一第二天線12，並且第一天線11和第二天線12分別接收水平方向和垂直方向之天線訊號。
訊號接收電路20包括一放大器模組200和一訊號處理暨電源供應單元210。放大器模組200包括一第一放大器201、一第二放大器202和一第三放大器203。第一放大器201和第二放大器202分別電性連接第一天線11和第二天線12，以將第一天線11以及第二天線12所接收之天線訊號進行放大處理。第三放大器203電性連接第一放大器201和第二放大器202。以將第一放大器201或第二放大器202放大處理後之天線訊號進行再次放大。
第一天線11或第二天線12所接收之天線訊號，經過放大器模組200之第一放大器201、第二放大器202和第三放大器203放大處理後，係被傳輸至訊號處理暨電源供應單元210。其中，第一放大器201、第二放大器202、第三放大器203為低雜訊放大器(LNA)。
訊號處理暨電源供應單元210包括一帶通濾波器211、一混合器212、一振盪器213、一第四放大器214和一充電泵215。
經放大處理後的天線訊號首先被傳輸至帶通濾波器211，以濾除雜訊，並濾取所需頻段之訊號，經濾波之天線訊號係被傳輸至混合器212，混合器212利用振盪器213所提供之一頻率範圍9.75GHz~10.6GHz之振盪訊號，以將原本頻率範圍為10.7GHz~12.75GHz的天線訊號進行降頻，接下來，降頻後之天線訊號係被傳輸至第四放大器214以進行訊號放大，之後係被傳輸至數位訊號轉換裝置2進行播放。其中，第四放大器214為一中頻放大器(intermediate frequency amplifier,IFA)。
充電泵215係設置於訊號處理暨電源供應單元210中，其係接收數位訊號轉換裝置2的輸出訊號，約為13V~18V，並且將其轉換為一穩定之驅動電源(5V~7V)，提供給訊號接收電路20。
以下請參照圖2A-2C，圖2A繪示為圖1中之充電泵之電路示意圖。圖2B繪示為圖2A之充電泵於第一作動階段之示意圖。圖2C繪示為圖2A之充電泵於第二作動階段之示意圖。於本實施例中，充電泵215包括一第一電容C1、一輸出電容Cout，一第一開關SW1、一第二開關SW2、一第三開關SW3和一第四開關SW4。為方便說明，於以下敘述中，圖中各開關元件及輸出電容Cout朝向上方之端點為第一端，朝向下方的端點為第 二端。其中第一電容C1於圖中係為橫向設置，因此其左方端點為第一端，右方端點為第二端，以下將不再特別說明。
第一開關SW1之第一端電性連接一工作電源Vdd，第一開關SW1之第二端電性連接第三開關SW3的第一端和第一電容C1之第一端。第二開關SW2的第一端電性連接一接地端，第二開關SW2的第二端電性連接第一電容C1的第二端、第四開關的第一端。第三開關SW3的第二端電性連接第四開關SW4的第二端、輸出電容Cout的第一端。輸出電容Cout的第二端則電性連接一接地端。其中，輸出電容的第一端係作為充電泵215輸出一輸出電壓Vout的輸出端。
由於充電泵215係為一切換式電源轉換器，因此第一開關SW1和第四開關SW4係同時作動，而第二開關SW2和第三開關SW3係同時作動。
充電泵215於第一作動階段時，第一開關SW1和第四開關SW4係為短路，第二開關SW2和第三開關SW3係為開路。充電泵215於第二作動階段時，第一開關SW1和第四開關SW4係為開路，第二開關SW2和第三開關SW3係為短路。
而在第一作動階段中，儲存在第一電容C1中的電荷總量係和在第二作動階段中儲存在第一電容C1的電荷總量相同，因此，根據公式Q=C*V(電荷總量=電容值*電壓值)，在第一作動階段時，儲存於第一電容C1之電荷總量為(Vdd-Vout)*C1，而在第二作動階段時，儲存於第一電容C1之電荷總量為Vout*C1，由於在第一作動階段和第二作動階段中，儲存在第一電容C1之電荷總量係為相同，因此(Vdd-Vout)*C1=Vout*C1，由此可推導出輸出電壓Vout=1/2*Vdd。
故而充電泵215可透過第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3和第四開關SW4在第一作動階段和第二作動階段的交互作動，提供一穩定的輸出電壓Vout給訊號接收電路20。此外，本發明所使用之充電泵更可根據負載而輸出所需電流，而非如習知技術之線性穩壓器，輸入電流等同輸出電流。例如，輸入電壓18V，輸入電流0.06mA，輸出電壓9V，輸出電流為0.1A(維持固定輸出電流以驅動其他元件)，則其轉換 效率為〔(9*0.1)/(18*0.06)〕*100%=83.33%，若其輸入電壓13V，輸入電流0.06mA，輸出電壓6.5V，輸出電流為0.1A，則其轉換效率為〔(6.5*0.1)/(13*0.06)〕*100%=83.3%。另外，本發明充電泵215之電路架構，僅為一範例，亦可使用其他充電泵之電路架構，本發明並不作限制。
綜上所述，本發明之衛星天線接收器係將充電泵整合進訊號處理暨電源供應單元中，可降低電路設計之複雜程度，而且充電泵之轉換效率，比習知技術線性穩壓器(LDO)之轉換效率(約為20~40%)要高，因此可以有效降低功耗及減少散熱成本。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧衛星天線接收器
10‧‧‧天線模組
11‧‧‧第一天線
12‧‧‧第二天線
2‧‧‧數位訊號轉換裝置
20‧‧‧訊號接收電路
200‧‧‧放大器模組
201‧‧‧第一放大器
202‧‧‧第二放大器
203‧‧‧第三放大器
210‧‧‧訊號處理暨電源供應單元
211‧‧‧帶通濾波器
212‧‧‧混合器
213‧‧‧振盪器
214‧‧‧第四放大器
215‧‧‧充電泵

Claims (10)

  1. 一種衛星天線接收器之訊號接收電路，該衛星天線接收器具有至少一第一天線，且該訊號接收電路適於耦接至一數位訊號轉換裝置，該訊號接收電路包括：一放大器模組，耦接該至少一第一天線，接收一天線訊號；以及一訊號處理暨電源供應單元，耦接該放大器模組，以將該天線訊號降頻後傳輸至該數位訊號轉換裝置，該訊號處理暨電源供應單元具有一充電泵，係接收該數位訊號轉換裝置的輸出訊號，並提供至少一驅動電源給該訊號接收電路，其中該充電泵提供的該驅動電源具有固定的輸出電流。
  2. 如申請專利範圍第1項之訊號接收電路，其中該衛星天線接收器還具有至少一第二天線。
  3. 如申請專利範圍第2項之訊號接收電路，其中該放大器模組包括：一第一放大器，接收該第一天線之天線訊號；一第二放大器，接收該第二天線之天線訊號；以及一第三放大器，耦接該第一放大器和該第二放大器，接收該第一放大器或該第二放大器之該天線訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項之訊號接收電路，其中該第一放大器、該第二放大器和該第三放大器為低雜訊放大器(LNA)。
  5. 如申請專利範圍第1項之訊號接收電路，其中該訊號處理暨電源供應單元還包括：一帶通濾波器，接收該放大器模組之該天線訊號，進行濾除雜訊及擷取適當頻率之訊號；一振盪器，提供一振盪訊號；一混合器，接收該振盪訊號，對該天線訊號進行降頻處理；以及一第四放大器，對降頻後之該天線訊號進行放大處理，傳輸至該數位訊號轉換裝置。
  6. 一種衛星天線接收器，適於耦接一數位訊號轉換裝置，該衛星天線接收器包括： 至少一第一天線；以及一訊號接收電路，其包括：一放大器模組，耦接該至少一天線，接收一天線訊號；以及一訊號處理暨電源供應單元，耦接該放大器模組，該訊號處理暨電源供應單元將該天線訊號降頻後傳輸至該數位訊號轉換裝置，該訊號處理暨電源供應單元具有一充電泵，係接收該數位訊號轉換裝置的輸出訊號，並提供至少一驅動電源給該訊號接收電路，其中該充電泵提供的該驅動電源具有固定的輸出電流。
  7. 如申請專利範圍第6項之衛星天線接收器，還包括至少一第二天線。
  8. 如申請專利範圍第7項之衛星天線接收器，其中該放大器模組包括：一第一放大器，接收該第一天線之天線訊號；一第二放大器，接收該第二天線之天線訊號；以及一第三放大器，耦接該第一放大器和該第二放大器，接收該第一放大器或該第二放大器之該天線訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項之衛星天線接收器，其中該第一放大器、該第二放大器和該第三放大器為低雜訊放大器(LNA)。
  10. 如申請專利範圍第6項之衛星天線接收器，其中該訊號處理暨電源供應單元還包括：一帶通濾波器，接收該放大器模組之該天線訊號，進行濾除雜訊及擷取適當頻率之訊號；一振盪器，提供一振盪訊號；一混合器，接收該振盪訊號，對該天線訊號進行降頻處理；以及一第四放大器，對降頻後之該天線訊號進行放大處理，傳輸至該數位訊號轉換裝置。
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