TWM351563U

TWM351563U - Voltage regulator, low noise block and satellite signal receiving system

Info

Publication number: TWM351563U
Application number: TW097207572U
Authority: TW
Inventors: David Bradbury
Original assignee: Zetex Semiconductors Plc
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2008-05-01
Publication date: 2009-02-21
Also published as: GB0708498D0; JP2010526458A; TW200904192A; US20100201337A1; WO2008135729A1; GB2448905A; CN101730869A; DE112008001184T5; CN201533241U

Description

M351563

”今丨丨月U/g雙正八、新型說明：【新型所屬之技術領域3 新型領域本創作是關於一電壓調節器，及特別地，雖然不完全， 5是關於適合在包含一個或更多個低雜訊放大器的一LNB中使用的一電壓調節器。 C 先前新型背景低雜訊區塊（或LNB)是眾所周知的裝置，其也被稱為降 10頻轉換器，因為它們適於將整個頻帶或一頻率區塊轉換成一較低的頻帶。它們通常被併入衛星信號接收設備或碟型天線，及通常被配置在一臂端上，面對拋物面反射碟，該拋物面反射碟然後將從衛星接收到的信號聚焦到LNB的號角形饋電器。該LNB將該等接收到的信號轉換成較低的頻 15率，然後經由一連接電纜(通常是同軸電纜)將那些較低頻率信號傳送到衛星接收盒。衛星LNB—般使用在5V或小於5V的電源上操作的放大器及控制器，然而饋入到該等單元的電力在1〇 5V到 21V。因此，内部調節器被需要。這些可以是線性的。

20 線性調節器通常消耗一半或多於一半的饋入到一 LNB 的電力。這是浪費的且引起高的元件溫度與pCB/LNB外殼限制。基於電感器的開關模式調節解決該等消耗問題但是引進嚴重的雜訊問題，解決該雜訊問題是昂貴的。後接一基於電感器的切換轉換器的預調節（線性）是對此類雜訊問 M351563 題受歡迎的部分解決方法但是剩餘雜訊問題需要大量與昂貴的濾波器/平滑元件以減小切換雜訊至一可接受的位準。（標準線性電壓調節器直接將任何輸出負載電流雜訊傳遞到它們的供應輸入以保持良好的輸出電壓調節。） 5 因此本創作的實施例目的在於提供電壓調節器，其排除或減輕與該先前技術有關的該等問題中的至少一個。本創作的特定實施例目的在於提供能提供較高效率的用於 LNB之電壓調節器，因為來自該視訊盒的電源的一明顯減少的部分被浪費在產生所需的調節輸出中。本創作的某些 10 實施例目的也在於提供一改進的LNB，及改進的衛星信號接收系統。【新型内容3 新型概要根據本創作的一第一層面，提供一電壓調節器，其包 15 含：用於連接一電源以提供在一供應電壓下的電力的一輸入終端；用於連接一負載以提供在一已調節電壓下的電力給該負載的一輸出終端； 20 包含各自的第一及第二電極的一第一電容；包含各自的第一及第二電極的一第二電容；被配置以從該輸入終端提供一各自已調節的充電電流給各該電容器的調節裝置；切換裝置，其可操作以選擇性地連接該第一電容器的 M351563 第一電極以接收該各自已調節的充電電流或者到該輸出終端，選擇性地連接該第一電容器的第二電極到該輸出終端或地，選擇性地連接該第二電容器的第一電極以接收該各自已調節的充電電流或者到該輸出終端，及選擇性地連接 5 該第二電容器的第二電極到該輸出終端或地；及被配置以控制該切換裝置在一第一組態與一第二組態之間交替的開關控制裝置，在該第一組態中，該第一電容器的第一電極被連接以接收該各自已調節的充電電流，該第一電容器的第二電極與該第二電容器的第一電極均被連 10 接到該輸出終端，及該第二電容器的第二電極被連接到地；在該第二組態中，該第二電容器的第一電極被連接以接收該各自已調節的充電電流，該第二電容器的第二電極與該第一電容的第一電極均被連接到該輸出終端，及該第一電容的第二電極被連接到地， 15 其中該調節裝置包含至少一裝置，透過該裝置，該各自充電電流的至少一部分被提供到該等電容的至少一個，該裝置可用一控制信號控制以調節流過該裝置的電流，該調節裝置進一步包含連接到該輸出終端及被配置以提供該控制信號給該裝置的控制信號供應裝置，該控制信號取決 20 於該輸出終端的電壓藉此流過該裝置的電流被根據該輸出終端的該電壓調節。在某些實施例中該控制信號供應裝置包含被配置使得該控制信號實質上與高於一頻率臨界值的輸出電壓分量無關的一低通濾、波器。 7 M351563 在某些實施例中該控制信號供應裝置包含：連接在該輸出終端及地之間的一分壓器；具有由該低通渡波器連接到該分壓器的一反相輸入的一運算放大器；及 5 連接在該運算放大器的一非反相輸入及地之間的一參考電壓源。在某些實施例中該控制信號是從該運算放大器的一輸出終端被提供的一控制電壓。該調節器可以進一步包含連接在該輸入終端及地之間 10 的一輸入電容，及連接在該輸出終端及地之間的一輸出電容。它也可以包含連接在該調節裝置的一輸出及地之間的一調節電容。在某些實施例中該可控制裝置（可控制的電流源）是一 FET，及該控制信號是被提供給該FET的一閘極的一控制電 15 壓。在某些實施例中該調節裝置包含一單一該裝置，該單一裝置被配置以將該等充電電流傳送到該第一及第二電容器。在某些實施例中該單一裝置是具有連接到該輸入終端 20 的一汲極及被連接以接收該控制信號的一閘極的一FET，以及該切換裝置與開關控制裝置被配置，藉此在該第一組態中該第一電容器的第一電極被連接到該FET的該源極，及在該第二組態中該第二電容器的第一電極被連接到該FET的該源極。 8 M351563 在某些實施例中該調節裝置包含一第一該裝置，該第一該裝置可用一第一控制信號控制以調節從該輸入終端到該第一電容器的充電電流的該供應，及一第二該裝置，該第二該裝置可用一第二控制信號控制以調節從該輸入終端 5 到該第二電容器的充電電流的該供應，該控制信號供應裴置被配置以分別提供該第一及第二控制信號給該第一及第二裝置。然後該第一裝置可以是具有連接到該輸入終端的一汲極及連接到該第一電容器的第一電極的一源極的一第一FET，及該第二裝置是具有連接到該輸入終端的一汲極及 10 連接到該第二電容器的第一電極的一源極的一第二FET。然後該開關控制裝置及該控制信號供應裝置可以被配置藉此在該第一組態中一控制電壓被施加於該第一FET的該閘極以提供依賴於該輸出電壓的一已調節的充電電流給該第一電容器而該第二FET是不導通的，以及藉此在該第二組態中 15 一控制電壓被施加於該第二FET的該閘極以提供依賴於該輸出電壓的一已調節的充電電流給該第二電容器而該第一 FET是不導通的。在某些實施例中該電壓調節器包含多數個該輸入終端，每一輸入終端適於連接到提供在一各自供應電壓下的 20 電力的一各自電源，及該調節裝置被配置以從該等輸入終端提供一各自已調節的充電電流給各該電容。然後該調節裝置包含多數個該等裝置，每一裝置相對應於該等輸入終端中的一各自一個及被配置以將充電電流從該各自輸入終端傳送到該第一與第二電容器，該控制信號供應裝置被配 9 M351563 置以提供—各自該控制信號給每一該裝置藉此流過每-裝置的電流被根據該輸出終端處的該電壓調節。 …本創作的另—層面提供包含根據該第-層面的-電壓調節器的-低雜訊區塊(LNB)(其也可以被稱為一遍）。 5 在某些實施财該LNB進—步包含料連接出自一接收皿的-電欖藉此該接收盒能經由該電纜提供電力給該 LNB的連接裝置，該電壓調節㈣輸人終端被連接到連接終端。在某些實施例中該LNB進一步包含連接在該連接裝置乂輸入終知之間的一遽波網路(例如一 DeEqc網路）。該遽波網路可以包含彼此平行的-電感、-電容，及-電阻。在某些實施例中該LNB進一步包含多數個連接裝置，母連接裝置適於連接出自一各自接收盒的一各自電纜藉此該接收盒能經由該電纜提供電力給該LNB，該電壓調節 15器的每一輸入終端被連接到該等連接終端中的一各自一個。在某些實施例中該LNB適於經由該連接裝置以及該或每一電纜輸出信號到該或每一接收盒。在某些實施例中該LNB進一步包含連接到該輸出終端 20以接收在一已調節的電壓下的電力的至少一個放大器（例如一低雜訊放大器）。另一層面提供一衛星信號接收系統，其包含一LNB、被一電纜連接到該LNB及被配置以經由該電纜提供在一供應電壓下的電力給該LNB的一接收盒，該LNB包含根據該 M351563 第一層面的一電壓調節器，且該輸入終端被連接到該電纜，藉此該電壓調節器可操作以提供在一已調節的電壓下的電力。圖式簡單說明 5 現在將參考附圖對本創作的實施例進行描述，其中：第1圖是被併入一 LNB及被連接以經由一信號電纜SC 從一視訊盒接收電力的實現本創作的一電壓調節器的一電路圖，第2圖是施加於第1圖的該電壓調節器的切換裝置的 10 FET的閘極的開關控制波形的一表示。（即，這圖說明了切換式電容轉換器驅動波形時序）；第3圖是實現本創作的另一電壓調節器的一電路圖；第4圖是實現本創作及被併入連接到一視訊盒的一 LNB的另一電壓調節器的一電路圖； 15 第5圖是被用於控制第4圖的該電壓調節器的該切換裝置的該等FET的該等閘極的電壓波形的一表示；第6圖是實現本創作的另一電壓調節器的一電路圖；及第7圖是實現本創作的另一 LNB的一部分的一區塊圖。【實施方式3 20 詳細說明現在參見第1圖，這顯示了在一單一通用LNB(—單一輸出單元）中本創作的一實施例的核心元件。電壓源Vstb代表既給該LNB供電又從其接收RF信號的視訊盒。Lds、Cds 及Rds代表被用於允許22kHz控制信號被插入到電力線上的 11 M351563 一DiSEqC濾波網路。這網路具有提高該電線的低頻阻抗，使其較容易引起雜訊負載干擾的一不需要的副作用。電源 Vprc及它驅動的fet(M_PR)執行預調節功能（即，它們形成該調節裝置的一部分）。此調節裝置也能被描述為線性調節裝 5置。該線性預調節器後面是一兩相開關電容器DC/DC轉換器。階段1使用脈衝產生器V2、V3、V4、V5及它們驅動的 fet。階段2使用脈衝產生器V6、V7、V8、V9及它們驅動的 fet。每一階段使用該等產生器/fet以交替地給一‘飛驰電容器’(Cfcl/Cfe2)充電’藉由將它連接在該預調節器的輸出與 10負載(c〇ut)之間連接，然後一旦被充電，直接橫跨該負載重新連接它。因為電容器C fc 1及C fc 2在充電與放電循環期間給該負載供應電流但是只在充電循環期間從該預調節器提取電流，所以該轉換器的輸入電流是輸出電流的一半。（這是可 15能的，因為該預調節器輸出電壓是Com上的電屋的兩倍或兩七以上。）。因此放置在Vstb上的該負載是使用線性電力調節器的一標準LNB的負載的一半。因為一個兩相轉換器已經被使用，所以在任意一時間 Cfcl或者Cfc2將從該預調節器（且因此乂刪提取電流。這意 2〇未著4預。周節器的該輸入電流是連續的而不是切換式的。因此:亥輸入線路需要很少的平滑以保持線路雜訊在可接受的位準’齡在該線路供應巾使用-DisEqC網路。在-積 7兩相轉換”所㈣半導體的成本不是顯著多於一單相裝置的成本’因為它的功率fet可以是-半尺寸，因為它們 12 M351563 而要t、應-半的該負載電流。這方法_定需要一額外的飛馳電容器，但是這元件不是昂貴的。口此在第1圖中該電壓調節器電路包含具有一第一電極A與-第二電極B的—第—電容器（飛驰電容器咖），及 5也具有纟自的第一電極A與第二電極B的-第二電容器 (¾¾¾奋器Cfb2)。用於連接一電源的輸入終端是vin而用於連接貞載以在被調節的電壓下提供電力給該負載的輸出終端是V1〇ad。除這兩個飛馳電容器Cfcl及Cfc2之外，也有連接在該輸出終端與地之間的一輸出電容器c〇ut、連接 10在該輸入終端與地之間的一輸入電容器❿，及連接在該預。周節器（或調節裝置）的標稱輸出與地之間的另一預調節電奋器Cpr。切換裝置包含八個FET M2_M5及M6_M7及 M9謝〇。這實例中的該調節裝置包含一單一FET(M—pR)，其;及極D被連接到該輸人終端，源極§被配置以選擇性地連 15接該等飛驰電容器，及其閘極G被提供一控制信號，該控制 #號是來源於（及取決於）該輸出終端的輸出電壓的一控制電壓的形式。該切換裝置可操作以選擇性地連接該第一電谷益（Cfcl)的第一電極A到該FET M_PR的該源極或者到該輸出終端’選擇性地連接該第一電容器的第二電極B到該輸 20出終端或地’選擇性地連接該第二電容器（Cfc2)的第一電極 A到該FETM_PR的該源極或者到該輸出終端，及選擇性地連接s亥第一電容器的第二電極B到該輸出終端或地。該電壓調節器進一步包含被配置以提供該等控制電壓或信號 V2-V9給該等切換FET的該等閘極的開關控制裝置，及這些 13 M351563 5 10 15 2〇電壓波形在第2圖中被顯示。如從該圖所能看到的，該組電壓波形在一第一組態或P1與一第二組態或P2i間交替。在該第一階段P1中，該第一電容器的第一電極A被連接到該預調節器的FET的該源極及該第一電容器的第二電極8與該第二電容器的第一電極A被連接到該輸出終端◎也在這第一階I又P1中，s亥第二電容器的第二電極B被連接到地。因此，在這第-階段中，該第—電容器正被充電（即，經由該預調郎器的FET它正被提供一充電電流)及同時到一附接負載的輪出電流從連接在該輸出終端與地之間的該第二電容器被提供。在_第二階段巾’情況實質上被翻轉，藉此該第二電合的if電極現在被連接到該預調節器的阳了以接收充電电流’及匕的第二電極與該第—電容的該第—電極被連接到雜出終端。該第_電容器的該第二電極被連接到地。因此，在該第二階段中，該第二電容器正被充電及輪出電則第—電被提供。因此，在任-時間，，等電容器中的其中―徜xD亥個正被充電而另一個提供任意所需的 j电抓將被理解的是根據第2圖中所說明的該等控声破&制的第1圖中所顯示的兩電容器配置在該疋^預調即器的FET的該源極的電壓的—丰Μ 硪輸出電壓。卞的在本創作的實施你丨ώ 換式電容韓㈣. 比如在第丨圖传顯㈣，該切 rοα 、态ι3亥輪出電壓被監測及被用於控制該預調即器電源Vprc，提供一认，。輸出電壓控制迴路。為了維持該予 •器的雜訊拒絕輕，對此控㈣回應被湘一低通^ 14 M351563 =較佳地限制。第3圖詳細地顯示了這怎樣能被實現的一貝歹·。在實現本創作的此電壓調節器電路中該切換容轉換器的該輸出被與-精確的參考電壓Vref比較以生成一誤差信號，該誤差信號接著被用於設置驅動該預調節 5器的知的驅動信號。該電路保證到該轉換器的該輪入被精確，，隹持在給出该所需輸出所必需的電壓上。只以單— LNB為目標（即為了特別地併入在單一咖中）的本創作的一替代版本在第4圖中被說明。在這實施例中，弱預調節器的功能被與該切換式電容轉換器結合。為 1〇了實現上述情況，已經使由產生器V2及V8提供的驅動電壓成為輸出電壓相依的（該輸出電壓再次被利用橫跨該輸出連接的一分壓器R2、R3監測），藉此它們接收之前由外^ 及其相關的FET提供的該調節功能。這節約了該串聯功率 FET的面積（且因此成本）。已被修改的閘極控制信號在第$ 15圖中被顯示。請注意在該時序圖中，與其他驅動信號相比，由V2及V8提供的該驅動位準由於該調節控制而被減小。因此’從第4圖及上面描述中應該理解的是在此實施例中’已經避免在該調節裝置中需要一專屬FET用於提供電流給兩個飛馳電容器。相反，該等FET M2及M10在該電路的 20該切換裝置與調節裝置之間被有效地共享。這兩個FET不僅僅是用適當的控制信號被完全開通或關掉，而是被供應一控制電壓’其振幅依靠於（即源於)該輸出終端的該輸出電壓，藉此它們被打開的程度根據該輸出電壓被調節。本創作的一替代版本在第6圖中被顯示。這包括多數個 15 M351563 =及相_fet。這種形式的電壓調節器特別地適合併入多輪出LNB(U想要提供信號給與各自的電軸連的幾接收盒，及從該等接收盒接收電力）。對該等預調節器電路的控制被配置以保證所有被連接的恤電壓源供應大致相等的電流’而不管它們的輸出電麼(極化狀態）。在第· 中’該等預調節器已經被設計以要求—輸人電流，該輸入電流被調整以從該切換式電容轉換器中給出該所需的輸出電壓使用由同-控制信號驅動的相同的輸人級引起該輸入電流在該兩個（或較多個)輸入(視訊盒⑽)之間被平等地共享。現在參見第7®，這顯示了實現本創作及也可以被稱為低雜afl放大器或LNA的另一 LNB的一部分。 LNA是在通訊系統中使用的用於放大由一天線擷取的非常微弱的信號的電子放大器的一眾所周知的類型。它們 15通$位於5亥天線處及被設計以便給該已接收到的信號增加很小的雜訊。該等LNA放大該等已接收到的信號到由該 LNA所附接的隨後的接收設備所要求的一位準。它們也可以被稱為信號升壓器。 LNA的一已知的應用是接收及放大直接廣播衛星 2〇 (DBS)信號’及適用於這目的的LNA可以被稱為DBS LNA。DBS LNA通常包含許多用於處理射頻（RF)信號的 FET(其可以是GaAs FET)。例如，該DBS LNA可以適於接收具有兩個不同極化的信號’及兩個FET可以被用於選擇該等輸入信號極化中的哪一個被放大及傳遞到隨後連接的設 16 M351563 備。一 FET也可以被配置在一主動混合器電路中以接收一 RF輸入，該FET的閘極或汲極被來自該LNA中的一本地振盪器的一信號驅動。然後該主動混合器電路能夠輸出（即抽出）一中頻(IF)信號。 5 DBS LNA通常被需要以檢測覆蓋一寬的頻率範圍的極低位準的RF信號，及提供高的通道至通道隔離。它們也鹿該能夠放大已接收到的信號雖然引入可以忽略的雜訊，及可控制以在不同的輸入信號極化（如上面所討論）之間選擇。據知它們可控制以進行頻帶切換以便接收及處理在_ 10增加的頻率範圍内的信號。據知它們能夠降頻轉換，那就是說能夠接收在一特定頻率處的一輸入信號及輸出在一較低頻率處的一相應的信號。已知的DBS LNA的另一特徵是電纜驅動，那就是說該LNA經由被用於將該LNA的該RF輸出下給連接的設備（比如一“視訊盒”）的同一RF電纜被提供 15 電力及控制。過去，DBS LNA通常在一印刷電路板(pcb)上併入許多分離的内部電路區塊，這些區塊包括：提供FET偏壓控制及保護級的一區塊；被配置以產生用於F Ε τ控制的一負供應電壓的一 £塊，被配置以檢;則用於極化切換控制的一 dc輸入 20電壓的位準的一區塊；被配置以檢測用於頻帶切換控制的一 AC輸入電壓的一區塊；被配置以控制至本地振盪器的電源切換的一區塊，及被配置以提供一被調節的電源的區塊。已知的LNA中的這許多分離的區塊必須被容納在相對大面積的PCB上，且已經佔據該整個LNA PCB面積的5〇〇/0 17 M351563 或更多。這增加了該整個LNA的成本，這成本不僅與該等分離兀件及該pCB(這通常由昂貴的低損耗料製成）有關，而且與該LNA外殼材料(合金及塑膠)有關。再次參見第7圖，這說明了實現本創作及併入本身也是 5本創作的—實施例的一單石支撐1C 1的DBS LNA的一部分。除了該支撐1C 1，該LNA還包含許多外部元件，該等外部元件包括四個KET FI、F2、F3及F4以及兩個校準電阻 R1及R2。用於操作該LNA的電力被提供給電力輸入終端1〇及該支撐1C 1包括根據本創作的第一層面的被配置以從用 10於給晶載及非晶載元件都提供電力的電力輸入產生一被調筇的電壓的一電壓調節器4。該支撐ic 1包括一FET控制電路2，該F E T控制電路2被配置以檢測與控制每一 f E T的汲極電流及一般地為所有的該等外部FET設定偏壓條件(根據偏壓電流及偏壓電壓）。該FET控制電路2能被視為包含被配置 15以分別控制FET FI、F2及F3的偏壓的第一、第二、第三級 21 ' 22、23。一第四級24控制FET F4的偏壓，該FET F4被配置在一混合器組態（在該圖中未顯示出）中接收一 r F輸入信號與來自該LNA的兩個本地振盪器中之一（該等本地振盈器在§亥圖中沒被顯示）的一信號及產生一中頻信號。該 20 FET控制電路也包括控制FET F卜F2及F3的該偏壓電流的一FET偏壓電流控制級25。此偏壓電流控制級25被連接到外部校準電阻R1 ’ 一校準電流流過該外部校準電阻R1。該偏壓電流控制級25感測此校準電流’及此特徵將在下面被較詳細地描述。該FET控制電路也包含被配置以透過一第二校 18 M351563 準電阻R2感測該混合器校準電流及透過混合器fET F4提供對該偏壓電流的獨立控制的一混合器偏壓電流控制級2 6。該單石支揮1C 1也包含也能被描述為一 FET選擇電路的一極化控制電路3。此電路3被配置以檢測被提供給該電 5力輸入10的該電壓信號的一 DC分量的位準及根據該已檢測到的DC位準提供一 FET選擇控制信號給該FET控制電路 • 2。在此實例中，根據該電力輸入1〇上的dc的該已檢測到的位準，該極化控制電路3致能FETF1及F2中的一個或另一 ί 個（當然這也能被描述為選擇性地去能這兩個FET中的_ 10個）。該FET F1被配置以處理輸入到該LNA的一個輸入信號極化，而該FET F2被配置以處理一不同的極化。因此，該極化控制電路3能夠根據施加於該電力輸入1〇的電壓的Dc 分量，決定該LNA放大哪一個輸入信號的極化。在某些實例中，此電力輸入也是來自該LNA的該RF輸出，及被用於 15選擇信號極化的該DC分量由在下游被連接的設備提供給 s亥LNA。§亥早石支撐1C 1也包含被配置以利用來自該調節 > 器4的該調節輸出電壓產生一負供應的一負供應產生器電路5。此負供應被提供給該FET控制電路，該FET控制電路接著能夠提供負控制電壓給該等外部FET。在某些實施例 20中’該負供應產生器也被配置以提供該負供應給在該支撑 1C 1外部的該LNA的其他元件。第1圖中的該支撐1C 1也包含被配置以在提供給該電力輸入10的該信號上檢測一 AC控制分量（即一控制音調）的存在與否的一音調檢測器電路6。接著該音調檢測器6提供 19 M351563 一檢測信號給一本地振盪·器電力開關電路7，該本地振盪器電力開關電路7根據§亥控制音調的存在與否將來自該電壓調節器4的被調節的電源饋入一對輸出終端71、72中的一個或另一個。終端71被配置以供應電力給被併入該LNA中的 5 一高頻帶本地振盪器’及終端72提供電力給一第二、低頻帶本地振蘯器。現在第7圖的該LNA將被較詳細地描述。如上面所提及’第7圖是包含一完全單石LF支撑1C 1的一單一通用DBS LNA 100的元件的一區塊圖。該等區塊包括FET控制2(提供 10偏壓控制及FET電流設定）、極化開關控制3、負供應產生器 5、音調檢測器6、LO開關7、内部參考電壓及電力調節器4。該等FET偏壓控制級保護及控制被需要用於處理rF信號的這幾個GaAs FET F1-F4的操作，在某些實施例中該等 RF信號能在5-15GHZ的範圍中。這些耗盡模式FET需要有規 15則的的汲極電壓供應、汲極電流監測及控制、必須是獲取低於接地電位的電壓的電纜的過電壓與過電流保護閘極驅動器。對FET汲極操作電流的使用者控制通常被需要以控制雜讯性能及增益。藉由允許使用者以建立一校準電流的一 2〇單一外部電阻R1 (也被稱為RcalA)設定汲極電流，本創作的實細*例部分地遵循先前的部分整合嘗試。然而’來自這些先則嘗試的整合的經驗已經顯示出將（高）汲極電流監測電阻與（低）校準電流監測器相匹配的任務導致過大内部元件。在本創作的某些實施例中，比例式雙極或金屬氧化物 20 M351563 半導體場效電晶體被用於執行該匹配任務，在沒有損失精確度的情況下致使顯著的晶粒面積節省。許多類型的DBS LNA必須滿足可操作以在兩個輸入信號極化之間，通常在垂直與水平之間、或在順時針與逆時 5針之間選擇一個的需要。這已經藉由選擇性地致能兩個輸入放大器FET的其中一個（每一個只接收及放大一個極化) 而被實現。來自這兩個FET的該等輸出被相加及然後被饋入下一個RF放大器級。致能及去能這些級是一複雜的操作，因為如果隔離(在極化之間）、增益及雜訊性能要被維持，則 10 輸入及輸出阻抗必須被小心地維持/控制。兩個設計變形已經被開發以支援本創作的實施例中的這選擇。被本創作的實施例使用的第一技術藉由驅動該適當的FET的該閘極到一大的但可控制的負供應，完全截止該裝置中的所有汲極電流而去能不需要的極化。該汲極供應也被去能，從而允 15許這兩個極化信號利用這兩個汲極的直接連接而相加。在替代實施例中’該第二變形藉由去能該汲極供應而再去能該不需要的極化，但是它也驅動該適當的FET的該閘極到 0V。由於是一耗盡模式裝置，因此該FET被驅動進入一低電阻狀態（而不是如第一種方法的開路LNA設計師也許較 2〇吾歡由此父流極化控制給出的卩且抗匹配的一致性。DBS LNA極化可以被經由該RF下給電纜被提供的該DC電源電壓的變化控制。常用位準是13V輪入或18V輸入，以選擇該兩個極化中的一個或另一個。藉由整合電源調節到本創作的實施例中的該支撐1C，這極化信號是可用的而在該封裝 21 M351563 體上沒有任何額外的輸入接腳。在本創作的實施例中被執灯以使此即省成為可能的額外的任務是有效地過渡所有不想要的系統雜訊及交流控制信號，而沒有使用任何外部元件。這並非是不重要的任務，因為對電繞電壓降及控制器 5的不準碟性的容差能使該所需的控制信號臨界值範圍降低到，、有14.2V到15.2V。在存在振幅大於剩餘的檢測範圍的 AC控制仏號與雜訊的情況下，此能力也被提供。本創作的實施例使用;慮波器與延遲電路的一組合來利用可接受尺寸的整合元件實現準郭c輸人位準檢測的困難任務。 1〇 ^經被;主意到較在某些實施财被支援的該等

GaAs放大器FET是耗盡模式裝置，其需要低於(較負於)接地電位的供應來控制。因為常見的RF/DC供應電纜不能直接提供這樣一供應，所以它必須在該DBS LNA内被產生。本創作的實施例中的該支撐1C在不需要任何外部元件的情況下提供這供應。它也可以使該供應可為該LNA設計者所用以與沒立即被初步實施滿足的其他/新特徵一起使用。在某些實施例中，該負供應產生器使用一標準電容器充電泵浦电路。藉由在一非常高的頻率下操作（>1MHz)，它能在不需要一外部泵浦電容器的情況下提供充足的電流給閘極驅動器及任何外部要求。在某些實施例中它的輸出被調節及被限制電流以保證該等外部FET不能被過量的閘極·源極或閘極-汲極電壓損壞。（下面所描述的）隔離擴散的新用途是必要的以允許在晶粒基體被接到地的一 1(：:製程中整合地下電路(below ground circuitry)。沒有這些技術，許多額外的 22 M351563 元件接腳及外部元件將是必要的。實現本創作的某些單石支撐ic能夠支援包括頻帶切換的DBS LNA。這藉由致能兩個本地振盪器的其中一個而能被實現。被用於在頻帶之間選擇的該信號是被加到該Lna 5 的該DC饋電的一低頻（例如22KHz)音調。因此該下給電雙可以被配置以傳遞該接收到的RF信號、供應該LNA及選擇極化的一DC饋電，及選擇已接收的該頻帶的一AC信號。_ 音調存在可以選擇1¾頻帶，及音調不存在可以選擇低頻帶。如前面所提到的，為達到LNA控制的目的，該電源電 10 纜上可能存在其他信號。那些可能存在的其他信號是 DiSEqC信號、MACAB信號、60Hz音調（這些都是用於可以共享同一電源電纜的其他設備的控制信號），連同由該LNa 自身引起的電源雜訊及干擾。在存在許多干擾源的情況下，想要的音調必須被可靠地檢測。本創作的某些實施例 15使用據波、位準選擇與模組化檢測的一組合成功地在這牵劣的％ i兄中細作。所有5虎處理被完成而不需要任何外部元件。該輸入信號被直接從該電力輸入取到該IC，所以對於該音調檢測器沒有輸入或渡波元件接腳被需要。在實現本創作的某些實施中，頻帶切換藉由啟動控制 20對這兩個本地振盪器的該DC供應的高端開關被完成。可選擇地，這也能被MIMIC裝置的閘極控制實現。本地振盪器供應切換是疑難的。出於RF穩定性的原因，對本地振盪器的該等供應必須大量地被去耦合。因此當供應平滑電容器被充電日才切換§玄荨供應引起顯著的供應電流暫態。因為這 23 M351563 些電流是從該DC輸入被獲取到通常具有低（高）電源阻抗的該LNA，所以大電壓暫態藉由本地振盪器切換而能在該dc 饋電上被感應出。這能引起問題’因為該等暫態干擾被用於啟動切換的同一音調信號輸入。本創作的實施例以完全 5消除供應電流暫態這一方式控制本地振盪器供應切換。這利用閘極控制、延遲電路及上升時間控制的一組合被完成。整合一電力調節器到該DBS LNA控制器（即該單石支撐1C)中是減少封裝體接腳數及元件間接線的一重要部分。進入該LNA的該電力輸入是具有高位準雜訊及干擾的 10 一可變電壓DC饋電。一高性能調節器被需要以使用這電源以提供一低雜訊DC供應給在大多數LNA中存在的該等放大器GaAsFET、本地振盪器及混頻器後的放大器。這調節器必須是穩定的，給出高輸入雜訊抑制（特別是在22KHz) 及抵抗故障（過電流及過溫度）而沒有永久損害。在這創作的 15實施例中，該調節器被鏈接到一參考電壓，該參考電壓提供被校準的電壓給該極化檢測器及該調節器，連同過高溫度檢測α亥調雀p器藉由將該輸出電流的-確定部分與一内部參考電流進行比較檢測過電流。這種技術不需要在能降級輸出調節或最小化輸入操作電壓的該高電流輪入或輸出 20 路徑中放置電阻。某些實施例利用呈QFN(四面扁平無引線)表面安裝封裝开7式的單石切1(：。在某些實例巾⑽描述的這種方式整=所有LF的功能將該所需的接腳數目減少到心個接腳。适允許使用—極小的3軸x3mmx〇.8mm的封裝體執行 24 M351563 在DSB LNA中戶斤品的所有低的LF功能。在此封裝體中，該1C晶粒被安裝在-金屬塾片上，該金屬塾片的背面被接觸到該PCB。這墊片被向下焊接到該雙面pCB的頂部金屬。毗鄰該1C的該PCB的反面也必須被與金屬化合且這兩個金 5屬導線（trace)必須被兩個或較多個板式穿孔式導通孔 (plated through hold feed through)連接。另外，該pCB應該被牢固地保持靠在毗鄰該IC安裝點的金屬合金外殼上。這種女裝配置將保證與該1C的周圍熱阻的接面將足夠低以消散該電源的線性调卽器中的任何功率損耗。當以這種方式 10被女裝時，所描述的這種實施實現與只為30°c/w的周圍熱阻的一接面。第7圖顯示了在該LNA中使用的該單石支撐IC及由該 ic支援與需要的該等外部元件的主要電路區塊。該IC支援四個外部GaAs FET ’ JA1、JA2、JA3及JM。該等FET中的 15兩個（JA1與JA2)被用作輸入放大器，每一個相對應於兩個輸入仏號極化狀態中的任一個，其中只有一個在任何時間將是導通的。一第三FET JA3被永久地提供電力及用作一放大器。该弟四FET JM被用作一混合器。該等放大器fet與 s亥混合器FET的該等沒極電流是使用者利用兩個“校準，，電 20阻R卜R2設定的。該1C為兩個本地振盪器-低頻帶及高頻帶振盪器提供功率輸出。它也提供電力給所需的任何IF頻帶放大器。所有電路被從一内部調節器4提供電力，經由接腳 Vin被供應。這接腳不僅以一供應輪入發揮作用，而且也為極化狀態控制饋入一電壓比較器3，及為低頻帶/高頻帶控 25 M351563 制饋入一音調檢測器6。 <上面將被理解的是本創作的某些實施例使用提供分線性預調節，隨徭 0 疋一兩相切換式電容降頻轉換器的一 5 10 15 20 ^ Θ預調即執行兩個任務。它的微調節允許顯著的雜訊出現在它的輪出卜上而没有將該雜訊耦接到它的輪入。 (::、…的雜Dfl抑制，它犧牲輪出電壓調節。）第二個功能當、，提仏已^即的充電電流給該等電容器(這也能被認為提供:定程度的電壓調節，以減小被躲給該等電容器 ^電壓’在该切換式電容器配置進―步減小(通常— 半)在4輸出終端處的電壓之前）。在實ί見本創作的多輸出 LNBt /個預調節器能提供一單一切換降頻轉換器，在電力輸入之間提供雜訊隔離及電流共享。最簡單的單相降頻轉換器(電感的或是電容的)產生非常高的輸入電流雜訊。夕相轉換器能消除這種問題但是可能導致-顯著的成本增加。藉由使用-兩相電容降頻轉換器（切換式電容器）, 本創作的實施例提供—種成本甚至低於單相電感式電路的主要無雜轉決方法。並且，藉由在摘作的某些實施例中的個1C中包括予員調節、冑壓轉換及[仙⑭偏壓支援，封裝、互聯元件、PCB及LNB外殼的成本都被減小。因此本創作的實施例能節省電力及簡化產品。為了併入多輪出 L· ’某些實施例在支撐IC中也提供整合式電壓調節。也將被理解的是本創作的實施例可以不同於先前技術的LNB電壓調節器，因為它們提供微弱的預調節、切換式電容器功率轉換、兩相功率轉換，它們可以包括㈤偏壓支 26 M351563 援，它們可以包括極化電壓及被包括的音調檢測器，及它們可以被整合在一單石ic上。它們也可以在不需要外部信號路由的情況下併入複雜的電力管理策略。也將被理解的是本創作的實施例能夠提供許多優點， 5 包括：較低的回授至電源/RF下給電纜上的切換雜訊；高於只線性調節解決方法的效率；較低成本總LNB解決方法；及減少的環境效應。也將被理解的是本創作的實施例可以被利用在多種應 > 用中，包括單及/或多輸出衛星LNB，及衛星開關盒，及衛 10 星信號接收系統。 t圖式簡單說明3 第1圖是被併入一LNB及被連接以經由一信號電纜SC 從一視訊盒接收電力的實現本創作的一電壓調節器的一電路圖； 15 第2圖是施加於第1圖的該電壓調節器的切換裝置的 FET的閘極的開關控制波形的一表示。（即，這圖說明了切 > 換式電容轉換器驅動波形時序）；第3圖是實現本創作的另一電壓調節器的一電路圖；第4圖是實現本創作及被併入連接到一視訊盒的一 20 LNB的另一電壓調節器的一電路圖；第5圖是被用於控制第4圖的該電壓調節器的該切換裝置的該等FET的該等閘極的電壓波形的一表示；第6圖是實現本創作的另一電壓調節器的一電路圖；及第7圖是實現本創作的另一 LNB的一部分的一區塊圖。 27 M351563 【主要元件符號說明】 1···單石支撐1C 2--.FET控制電路 3···極化控制電路 4…電壓調節器 5·"負供應產生器電路 6…音調檢測器電路 7···本地振盪器電力開關電路 10…電力輸入終端

21…第一級 22…第二級 23."第三級 24…第四級 25…FET偏壓電流控制級 2 6…混合器偏壓電流控制級 71-72…輸出終端 100…單一通用DBS LNA

28

Claims

M351563

10 15

20 9?年u㈣雙正; a..El 九、申請專利範圍： _ 第97207572號申請案申請專利範圍修正本 97.11.14. 1. 一種電壓調節器，其包含：用於連接一電源以提供在一供應電壓下的電力的一輸入終端；用於連接一負載以提供在一已調節電壓下的電力給該負載的一輸出終端；包含各自的第一及第二電極的一第一電容器；包含各自的第一及第二電極的一第二電容器；被配置以從該輸入終端提供一各自已調節的充電電流給各該電容器的調節裝置；切換裝置，其可操作以選擇性地連接該第一電容器的第一電極以接收該各自已調節的充電電流或者到該輸出終端，選擇性地連接該第一電容器的第二電極到該輸出終端或地，選擇性地連接該第二電容器的第一電極以接收該各自已調節的充電電流或者到該輸出終端，及選擇性地連接該第二電容器的第二電極到該輸出終端或地；及被配置以控制該切換裝置在一第一組態與一第二組態之間交替的開關控制裝置，在該第一組態中，該第一電容器的第一電極被連接以接收該各自已調節的充電電流，該第一電容器的第二電極與該第二電容器的第一電極均被連接到該輸出終端，及該第二電容器的第二電極被連接到地；在該第二組態中，該第二電容器的第 29 M351563 一電極被連接以接收該各自已調節的充電電流，該第二電容器的第二電極與該第一電容器的第一電極均被連接到該輸出終端，及該第一電容器的第二電極被連接到地， 5 其中該調節裝置包含至少一元件，透過該元件，該各自充電電流的至少一部分被提供到該等電容器的至少一個，該元件可用一控制信號控制以_節流過該元件的電流，該調節裝置進一步包含連接到該輸出終端及被配置以提供該控制信號給該元件的控制信號供應裝 10 置，該控制信號取決於該輸出終端的電壓，藉此流過該元件的電流根據該輸出終端的該電壓被調節。 2.如申請專利範圍第1項所述之電壓調節器，其中該控制信號供應裝置包含被配置使得該控制信號實質上與高於一頻率臨界值的輸出電壓分量無關的一低通遽波器。 15 3.如申請專利範圍第2項所述之電壓調節器，其中該控制信號供應裝置包含：連接在該輸出終端及地之間的一分壓器；具有由該低通遽波器連接到該分壓器的一反相輸入的一運算放大器；及 20 連接在該運算放大器的一非反相輸入及地之間的一參考電壓源。 4.如申請專利範圍第3項所述之電壓調節器，其中該控制信號是從該運算放大器的一輸出終端被提供的一控制電壓。 30 %年II月丨日 M351563 5.如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之電壓調節器，其進一步包含連接在該輸入終端及地之間的一輸入電容器，及連接在該輸出終端及地之間的一輸出電容器。 5 6.如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之電壓調節器，其進一步包含連接在該調節裝置的一輸出及地之間的一調節電容器。 7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之電壓調節器，其中該元件是一 FET，及該控制信號是被提供給 10 該FET的一閘極的一控制電壓。 8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之電壓調節器，其中該調節裝置包含單一個該元件，該單一個該元件被配置以將該等充電電流傳送到該第一及第二電容器。 15 9.如申請專利範圍第8項所述之電壓調節器，其中該單一個該元件是具有連接到該輸入終端的一汲極及被連接以接收該控制信號的一閘極的一FET，以及其中該切換裝置與開關控制裝置被配置，藉此在該第一組態中該第一電容器的第一電極被連接到該FET的該源極，及在該 20 第二組態中該第二電容器的第一電極被連接到該FET的該源極。 10.如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之電壓調節器，其中該調節裝置包含一第一個該元件及一第二個該元件，該第一個該元件可用一第一控制信號控制以調

31 M351563 節從該輸入終端到該第一電容器的充電電流的該供應，該第二個該元件可用一第二控制信號控制以調節從該輸入終端到該第二電容器的充電電流的該供應，該控制信號供應裝置被配置以分別提供該第一及第二控制 5 信號給該第一及第二個該元件。 11. 如申請專利範圍第10項所述之電壓調節器，其中該第一個該元件是具有連接到該輸入終端的一汲極及連接到該第一電容器的第一電極的一源極的一第一FET，及該第二個該元件是具有連接到該輸入終端的一汲極及連 10 接到該第二電容器的第一電極的一源極的一第二FET。 12. 如申請專利範圍第11項所述之電壓調節器，其中該開關控制裝置及該控制信號供應裝置被配置藉此在該第一組態中一控制電壓被施加於該第一 F E T的該閘極以提供依賴於該輸出電壓的一已調節的充電電流給該第一電 15 容器而該第二FET是不導通的，以及藉此在該第二組態中一控制電壓被施加於該第二F E T的該閘極以提供依賴於該輸出電壓的一已調節的充電電流給該第二電容器而該第一 FET是不導通的。 13. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之電壓調 20 節器，其包含多數個該等輸入終端，每一輸入終端適於連接到提供在一各自供應電壓下的電力的一各自電源，及其中該調節裝置被配置以從該等輸入終端提供一各自已調節的充電電流給各該電容器，其中該調節裝置包含多數個該元件，每一元件相對 32 M351563 99年Η月丨&雙寻應於該等輸入終端中的一各自一個及被配置以將充電 ill 電流從該各自輸入終端傳送到該第一與第二電容器該

控制信號供應裝置被配置以提供一各自該控制信號給每一該元件，使得流過每一元件的電流被根據該輸出終端處的該電壓調節。

10 15

20 14. 一種低雜訊區塊(LNB)，其包含如申請專利範圍第i項至第4項中任一項所述之電壓調節器。 15. 如申請專利範圍第14項所述之LNB，其進—步包含用於連接出自一接收盒的一電纜藉此該接收盒能經由該電瘦^供電力給該LNB的連接裂置，該電壓調節器的輸入終端被連接到連接終端。 16·如申請專利範圍第15項所述之LNB，其進一步包含連接在該連接裝置及該輸入終端之間的一濾波網路，該濾波網路包含彼此平行的一電感、一電容、及一電阻。 17.種低雜訊區塊(LNB),其包含如申請專利範圍第η項所述之電壓調節器，其進一步包含多數個連接裝置，每 —連接裳置適於連接出自一各自接收盒的一各自電繞藉此該接收盒能經由該電纜提供電力給該LNB，該電壓調節器的每一輸入終端被連接到該等連接終端中的一各自一個。 18·如申請專利範圍第17項所述之LNB，其中該LNB適於經由該等連接裝置以及該或每一電纜輸出信號到該或每一接收盒。 19.如申請專利範圍第14項所述之LNB，其進一步包含連接

33 M351563 到該輸出終端以接收在一已調節的電壓下的電力的至少一個放大器。 20. —種衛星信號接收系統，其包含一LNB、被一電纜連接到該LNB及被配置以經由該電纜提供在一供應電壓下 5 的電力給該LNB的一接收盒，該LNB包含如申請專利範圍第1項到第13項中任一項所述之電壓調節器，及輸入終端被連接到該電纜，藉此該電壓調節器可操作以提供在一已調節的電壓下的電力。