專利名稱：用于lnb的調(diào)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)壓器(voltage regulator)，具體涉及但不僅僅涉及一種適用 于包含一個以上低噪聲放大器的LNB的調(diào)壓器。
背景技術(shù)：
低噪聲模塊(或LNB)是一種為人們所熟知的器件，由于其適于將整個頻帶或頻率 塊變換至較低的頻段，因而也被稱為下變頻器(down converter)。通常將LNB并入衛(wèi)星信 號接收裝置或碟形電線，并將其安置在臂的末端，使其對準拋物反射碟形電線，如此以來， 拋物反射碟形電線就可以將從天線接收到的信號聚焦到LNB的饋電喇叭形輻射體(feed horn)上。LNB將接收到的信號變換至較低的頻段，然后再利用連接電纜(通常是同軸電 纜)將低頻信號發(fā)送至衛(wèi)星接收機。 衛(wèi)星LNB通常所用的放大器和控制器的工作電壓為5V或更低，然而饋入各個單元 的電壓卻在10. 5V至21V之間。因此，需要使用內(nèi)部調(diào)壓器。這些調(diào)壓器可以是線性的。
線性調(diào)壓器通常要耗散掉一半以上的饋入LNB的能量。這樣做是十分浪費的，并 且會使組件產(chǎn)生很高的溫度，并造成對PCB/LNB外殼結(jié)構(gòu)的限制?；陔姼械拈_關(guān)式調(diào)壓 解決了耗散問題，但卻引入了嚴重的噪聲問題，而克服噪聲問題所需的費用是十分高昂的。 一種流行的能夠部分解決這種噪聲問題的方案是，在基于電感的開關(guān)轉(zhuǎn)換器前進行預調(diào)整 (線性)，然而，為了解決剩余噪聲的問題，將開關(guān)噪聲降低到一個可接受的水平，仍需使用 體積龐大而且造價昂貴的濾波/平滑組件。(為了保持良好的輸出調(diào)壓，標準線性調(diào)壓器直 接將輸出負載電流噪聲傳至其電源輸入)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明實施例的目的在于，提供能夠克服或緩解現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一
種問題的調(diào)壓器。因為在產(chǎn)生所需調(diào)壓輸出時浪費了來自機頂盒的電能供應(yīng)中被明顯降低
的那部分，本發(fā)明的具體實施例的目的在于提供用于LNB的調(diào)壓器，它提供較高的效率。本
發(fā)明的某些實施例的目的還在于提供改進的LNB和改進的衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)。 依照本發(fā)明的第一種方面，提供了一種調(diào)壓器，包括 輸入端，用于連接以某一供電電壓供電的電源； 輸出端，用于連接負載，以經(jīng)過調(diào)整的電壓向負載供電； 第一電容器，包括相應(yīng)的第一和第二電極； 第二電容器，包括相應(yīng)的第一和第二電極； 調(diào)整裝置，被布置成從輸入端向所述各個電容器提供相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流；
開關(guān)裝置，可操作用于選擇性地連接第一電容器的第一電極以接收所述相應(yīng)經(jīng)過 調(diào)整的充電電流 連接到輸出端，選擇性地將第一電容器的第二電極連接至輸出端或地， 選擇性地連接第二電容器的第一電極以接收所述相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流或連接到輸出 端，以及選擇性地將第二電容器的第二電極連接至輸出端或地；以及
開關(guān)控制裝置，被布置成用于控制所述開關(guān)裝置在第一配置和第二配置間交替， 在第一配置中，第一電容器的第一電極被連接成接收所述相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流，并且 第一電容器的第二電極和第二電容器的第一電極的每一個都被連接至輸出端，而第二電容 器的第二電極接地；在第二配置中，第二電容器的第一電極被連接成接收所述相應(yīng)經(jīng)過調(diào) 整的充電電流，并且第二電容器的第二電極和第一電容器的第一電極的每一個都被連接至 輸出端，而第一電容器的第二電極接地， 其中調(diào)整裝置包括至少一個器件，通過該至少一個器件將相應(yīng)充電電流的至少一 部分提供給至少一個電容器，并且所述至少一個器件可以被控制信號控制，以對流經(jīng)該器 件的電流加以調(diào)整，該調(diào)整裝置還包括連接至輸出端的控制信號提供裝置，它被布置成向 所述至少一個器件提供所述控制信號，所述控制信號取決于輸出端的電壓，以便可以根據(jù) 輸出端的電壓來調(diào)整流經(jīng)所述至少一個器件的電流。 在某些實施例中，控制信號提供裝置包括低通濾波器，被布置成使控制信號基本
上和某一頻率閾值以上的輸出電壓分量無關(guān)。 在某些實施例中，控制信號提供裝置包括 連接在輸出端和地之間的分壓器； 運算放大器，反相輸入通過低通濾波器連接至分壓器的輸出；以及 參考電壓源，連接在運算放大器的非反相輸入和地之間。 在某些實施例中，控制信號是運算放大器輸出端提供的控制電壓。 調(diào)壓器還可以包括連接在輸入端和地之間的輸入電容器以及連接在輸出端和地
之間的輸出電容器。還可以包括連接在調(diào)整裝置的輸出和地之間的調(diào)壓電容器。 在某些實施例中，可控器件(可控電流源)是FET，且所述控制信號是提供給FET
的柵極的控制電壓。 在某些實施例中，調(diào)整裝置包括單一的所述器件，該單一的所述器件被布置成向 第一和第二電容器傳送充電電流。 在某些實施例中，該單一的所述器件是一個FET，其漏極連接至輸入端，柵極被連
接成接收所述控制信號，并且開關(guān)裝置和開關(guān)控制裝置被布置成在所述第一配置的情況 下，第一電容器的第一電極連接至FET的源極，在所述第二配置的情況下，第二電容器的第 一電極連接至FET的源極。 在某些實施例中，調(diào)整裝置包括第一所述器件和第二所述器件，可以用第一控制 信號對所述第一器件進行控制，調(diào)整從輸入端供應(yīng)給第一電容器的充電電流，并且可以用 第二控制信號對所述第二器件進行控制，調(diào)整從輸入端供應(yīng)給第二電容器的充電電流，控 制信號供應(yīng)裝置被布置成分別向第一和第二器件提供所述第一和第二控制信號。第一器件 可以是漏極連接至輸入端、源極連接至第一電容器的第一電極的第一FET，第二器件可以是 漏極連接至輸入端、源極連接至第二電容器的第一電極的第二FET。開關(guān)控制裝置和控制信 號裝置被布置成在所述第一配置的情況下，將控制電壓施加于第一FET的柵極，以向第一 電容器提供根據(jù)輸出電壓調(diào)整過的充電電流，而不導通第二 FET，并使得在所述第二配置的 情況下，將控制電壓施加于第二FET的柵極，以向第二電容器提供根據(jù)輸出電壓調(diào)整過的 充電電流，而不導通第一FET。 在某些實施例中，調(diào)壓器包括多個所述輸入端，每個輸入端適于連接至一個以相應(yīng)供電電壓供電的獨立電源，且調(diào)整裝置被布置成分別從各輸入端向各所述電容器提供相
應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流。調(diào)整裝置包括多個所述器件，每個器件對應(yīng)于一個所述輸入端，被
布置成從各輸入端向第一和第二電容器傳送充電電流，控制信號提供裝置被布置成向相應(yīng)
所述器件提供各所述控制信號，以根據(jù)輸出端電壓對流經(jīng)各器件的電流加以調(diào)整。 本發(fā)明的另一方面提供了一種包含依照第一方面的調(diào)壓器的低噪聲模塊(LNB)
(還可稱為LNA)。 在某些實施例中，LNB還包括連接裝置，用于連接從接收盒伸出的電纜，以便接收 盒能夠通過所述電纜為LNB供電，調(diào)壓器的輸入端連接至接線端。 在某些實施例中，LNB還包括連接在連接裝置和輸入端之間的濾波網(wǎng)絡(luò)(例如 DiSEqC網(wǎng)絡(luò))。該濾波網(wǎng)絡(luò)可以包括彼此并聯(lián)的電感、電容和電阻。 在某些實施例中，LNB還包括多個連接裝置，各連接裝置適于連接從各接收盒伸出 的電纜，以便接收盒能夠通過電纜，為LNB供電，調(diào)壓器的各輸入端連接至各接線端。
在某些實施例中，LNB適于通過連接裝置以及連接至該或各接收盒的各條電纜輸 出信號。 在某些實施例中，LNB還包括至少一連接至輸出端、以接收經(jīng)過調(diào)整的電壓的放大 器(例如，低噪聲放大器)。 另一方面提供了一種衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)，包括LNB;接收盒，用電纜連接至LNB， 并被布置成通過所述電纜以電源電壓向LNB供電，其中LNB包括依照第一方面的調(diào)壓器；以 及輸入端，被連接至電纜，由此調(diào)壓器才可用于以經(jīng)過調(diào)整的電壓進行供電。


下面將參考以下附圖，對本發(fā)明的實施例予以說明，附圖中 圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的、包含于LNB中、并通過與機頂盒伸出的信號電纜SC相連來 接收能量的調(diào)壓器的電路圖； 圖2示出了施加于圖1的調(diào)壓器的開關(guān)裝置的FET的柵極的開關(guān)控制波形(即， 該圖示出了開關(guān)式電容轉(zhuǎn)換器驅(qū)動波形定時)；
圖3是體現(xiàn)本發(fā)明的另一調(diào)壓器的電路圖； 圖4是體現(xiàn)本發(fā)明的、包含在連接至機頂盒的LNB中的另一調(diào)壓器的電路圖；
圖5示出了用于控制圖4的調(diào)壓器的開關(guān)裝置的FET的柵極的電壓波形；
圖6是體現(xiàn)本發(fā)明的另一調(diào)壓器的電路圖；以及
圖7是體現(xiàn)本發(fā)明另一 LNB的一部分的方框圖。
具體實施例方式
下面參考圖1，圖1示出了單一通用LNB(單輸出裝置)中的本發(fā)明實施例的核心 元件。電壓源Vstb代表機頂盒，它不但為LNB供電，還從LNB接收RF信號。Lds、 Cds和 Rds表示DiSEqC濾波網(wǎng)絡(luò)，后者使得可以將22kHz的控制信號饋入電源線。該網(wǎng)絡(luò)的一個 負面效應(yīng)是會增加電源線的低頻阻抗，從而更容易對噪聲負載造成干擾。電源Vprc和它所 驅(qū)動的fet(M—PR)起預調(diào)整器的功能(即，它們構(gòu)成了調(diào)整裝置的一部分)。還可以用線 性調(diào)整裝置來描述該調(diào)整裝置。線性預調(diào)整器后面是一個兩相開關(guān)式電容DC/DC轉(zhuǎn)換器。相位1使用脈沖發(fā)生器V2、 V3、 V4和V5及由它們驅(qū)動的fet。相位2使用脈沖發(fā)生器V6、 V7、 V8和V9及由它們驅(qū)動的fet。各相位使用發(fā)生器/fet交替為"快速電容器(flying c即acitor)" (Cfcl/Cfc2)充電，具體方法是把發(fā)生器/fet連接在預調(diào)整器和負載(Cout) 之間，一旦電容器充滿，就再將其直接接到負載上。 由于電容器Cfcl和Cfc2在充放電周期內(nèi)為負載提供電流，但只在充電周期內(nèi)從 預調(diào)整器接收電流，因此轉(zhuǎn)換器的輸入電流是輸出電流的一半。(由于預調(diào)壓的輸出電壓是 Cout上電壓的兩倍以上，因而這是有可能的。)因此位于Vstb的負載是使用線性功率調(diào)整 器的標準LNB的負載的一半。 由于使用了兩相轉(zhuǎn)換器，因此無論何時，Cfcl或Cfc2總有一個從預調(diào)整器接收電 流。這意味著，預調(diào)整器的電流是連續(xù)的而不是間歇的。因此，就算在供電線路中使用了 DiSEqC網(wǎng)絡(luò)，也只需對輸入線進行極小的整流就可以將線路噪聲限制在可以接受的水平。 由于只需要提供一半的負載電流，集成兩相轉(zhuǎn)換器所用的半導體的功率fet的尺寸可以縮 小一半，因此兩相轉(zhuǎn)換器半導體的價格并非遠高于單相器件中的半導體價格。該方法的確 需要額外的快速電容器，但該組件并不十分昂貴。 因此，在圖1中，調(diào)壓器電路包括第一電容器(快速電容器Cfcl)和第二電容器 (快速電容器Cfc2)，其中第一電容器包含第一電極A和第二電極B，第一電容器也包含自 己的第一電極A和第二電極B。用于連接電源的輸入端是Vin，用于連接負載，以調(diào)整后的 電壓向負載供電的輸出端是Vload。除了兩個快速電容器Cfcl和Cfc2，輸出端和地之間還 連接了一個輸出電容器Cout，輸入端和地之間連接了一個輸入電容器Cin，預調(diào)整器(或調(diào) 整裝置)的標稱輸出和地之間還連接了一個預調(diào)整電容器Cpr。開關(guān)裝置包括8個FET， M2-M4、M6-M7以及M9_M10。本例中的調(diào)整裝置包括單一 FET (M_PR)，該FET的漏極D連接 至輸入端，其源極S被布置成選擇性連接到快速電容器，并為其柵極G提供了以根據(jù)(取決 于)輸出端的輸出電壓推導出的控制電壓為形式的控制信號。開關(guān)裝置可用于選擇性地將 第一電容器(Cfcl)的第一電極A連接至FET M—PR的源極或輸出端，選擇性地將第一電容 器(Cfcl)的第二電極B連接至輸出端或地，選擇性地將第二電容器(Cfc2)的第一電極A連 接至FET M—PR的源極或輸出端，并選擇性地將第二電容器(Cfc2)的第二電極B連接至輸 出端或地。調(diào)壓器還包括開關(guān)控制裝置，它被布置成向開關(guān)FET的柵極提供控制電壓或信 號V2-V9，這些電壓波形在圖2中示出。由圖可見，這組電壓波形在第一配置或相(phase) Pl和第二配置或相P2間交替變化。當處于第一相Pl時，將第一電容器的第一電極A連接 至預調(diào)整器FET的源極，并將第一電容器的第二電極B和第二電容器的第一電極A連接至 輸出端。同時，將第二電容器的第二電極B接地。因此，當處于第一相位P1時，對第一電容 器充電(即通過預調(diào)整器的FET向其提供充電電流)，同時由連接在輸出端和地之間的第二 電容器向所連接的負載提供輸出電流。第二相位的情況基本相反，此時將第二電容器的第 一電極連接至預調(diào)整器FET，以接收充電電流，并將其第二電極和第一 電容器的第一 電極連 接至輸出端。同時，將第一電容器的第二電極連接至地。因此，當處于第二相位P2時，對第 二電容器充電，并由第一電容器提供輸出電流。因此，無論何時，總有一個電阻器正在充電， 而另一個電阻器正在提供所需的輸出電流。應(yīng)當理解的是，受圖2所示的控制信號控制的 圖1所示的兩電容器配置使得輸出端的電壓大約是預調(diào)整器FET源極電壓的一半。
在本發(fā)明的諸如圖l所示的實施例中，監(jiān)控開關(guān)式電容轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，以對預調(diào)整器的電源Vprc進行控制，形成一個輸出電壓控制環(huán)。為了保持預調(diào)整器的噪聲抑制 函數(shù)，最好用低通濾波器對該控制的響應(yīng)加以限制。圖3更詳細地示出了一個實例，用以說 明如何實現(xiàn)這一目的。在依照本發(fā)明的調(diào)壓電路中，將開關(guān)式電容轉(zhuǎn)換器的輸出同一個精 確的參考電壓V—REF進行比較，以產(chǎn)生一個誤差信號，然后在利用該誤差信號設(shè)置預調(diào)整 器fet的驅(qū)動信號。該電路確?？梢詼蚀_地令轉(zhuǎn)換器輸入電壓保持為產(chǎn)生所需輸出所需要 的值。 圖4示出了，用于單一 LNB(即特別為了用于并入單一 LNB)的本發(fā)明的候選版本。 在該實施例中，將弱預調(diào)整器的功能同開關(guān)式電容轉(zhuǎn)換器進行了結(jié)合。為此，令發(fā)生器V2 和V8所提供的驅(qū)動電壓取決于輸出電壓(仍用連接在輸出上的分壓器R2、 R3監(jiān)控輸出電 壓)，以便用它們?nèi)〈懊嬗肰prc及其相關(guān)FET所提供的調(diào)整功能。這樣做減少了串聯(lián)功 率FET的面積(因而節(jié)省了成本)。圖5示出了改變了的柵極控制信號。注意，在定時圖 中，由于進行了調(diào)整控制，V2和V8所提供的驅(qū)動電平比其他驅(qū)動信號小。
因此，通過圖4和上面的說明，應(yīng)當理解，在本實施例中，不需要用于向快速電容 器提供電流的調(diào)整裝置中的專用FET。相反，電路的開關(guān)裝置和調(diào)整裝置能夠有效地共享 FET M2和M10。將取決于(根據(jù))輸出端輸出電壓(推導出)的控制電壓提供給這兩個 FET，而不是用適當?shù)目刂菩盘柡唵蔚貙⑵渫耆珜ɑ蛘哧P(guān)閉，因此可以根據(jù)輸出電壓調(diào)整 它們的開關(guān)程度。 圖6示出了本發(fā)明的一個備選版本。包括多個Vprc發(fā)生器及其相關(guān)fet。這種形 式的調(diào)壓器特別適合并入多輸出LNB(用于向以各自的電纜連接的多個接收盒提供信號， 并從以各自的電纜連接的多個接收盒接收能量)。對預調(diào)整器加以控制，以確保不論輸出電 壓(極化狀態(tài))如何，全部連接的Vstb電源所提供的電流基本相同。在圖4中，預調(diào)整器被 設(shè)計成需要一個經(jīng)過調(diào)整的、用于從開關(guān)式電容轉(zhuǎn)換器提供所需輸出電壓的輸入電流。使 用由同一控制信號驅(qū)動的相同輸入級使得兩個(或更多)的輸入(機頂盒，STB)可以平等 地共享輸入電流。 下面參考圖7，圖7示出了體現(xiàn)本發(fā)明的另一 LNB的一部分，還可稱之為低噪聲放 大器，或LNA。 LNA是一種眾所周知的用于通信系統(tǒng)的電子放大器，用于對天線捕捉到的微弱信 號進行放大。LNA通常位于天線中，并且被設(shè)計成只在接收信號上增加極小的噪聲。LNA將 接收信號放大到該LNA連接的后續(xù)接收裝置所需的電平丄NA還可稱為信號放大器(signal booster)。 LNA的一種常見應(yīng)用是用于接收并放大直播衛(wèi)星(DBS)信號，適用于該目的LNA可 稱為DBS LNA。 DBS LNA通常包括若干用于處理射頻信號(RF)的FET(可以是GaAs FET)。 例如，DBS LNA可能適于接收具有兩種不同極化方式的信號，可以采用兩個FET來選擇對哪 種輸入信號極化方式進行放大，并將其傳送至后續(xù)連接的器件。此外，可以將FET布置在有 源混頻電路中，以接收RF輸入，并用來自LNA中的本地振蕩器的信號控制該FET的柵極或 漏極。如此以來，有源混頻電路就能夠輸出(即提取出)中頻(IF)信號了。
通常要求DBS LNA能夠檢測覆蓋較寬頻率范圍的極低電平RF信號，并提供較高 的信道隔離度。DBS LNA還應(yīng)該能夠?qū)邮招盘栠M行放大，同時只引入極小的噪聲，還可以 對DBS LNA進行控制，使之在不同的輸入信號極化方式間做出選擇(如上所述)。已知的是，應(yīng)當可以對它們進行控制，使它們可以轉(zhuǎn)換波段，從而接收并處理擴展頻率范圍內(nèi)的信 號。已知，應(yīng)當可以對它們進行控制，使它們能夠下變頻，即能夠接收某一特定頻率的輸入 信號，并在較低的頻率輸出相應(yīng)的信號。已知DBS LNA的另一個特征是電纜驅(qū)動，即利用同 一條RF電纜為LNA供電，并對其進行控制，其中射頻電纜用于將LNA的RF輸出下饋至連接 的器件(如"機頂盒")。 過去，DBS LNA通常在印刷電路板(PCB)上并入大量獨立的內(nèi)部電路模塊，這些模 塊包括提供FET偏置控制和保護級的模塊；布置成產(chǎn)生FET控制所用負電源電壓的模塊；
布置成檢測極化轉(zhuǎn)換控制所用的DC輸入電壓的水平的模塊；布置成檢測頻段轉(zhuǎn)換控制所 用的AC輸入電壓的模塊；布置成控制切換本地振蕩器的電源的模塊以及布置成提供經(jīng)過 調(diào)整的電源的模塊。已知LNA中的上述大量獨立模塊將會占用比較大的PCB區(qū)域，這塊區(qū) 域的面積占據(jù)了整個LNA PCB區(qū)域的一半以上。這增加了整個LNA的成本，這個成本不僅 和獨立組件以及PCB(通過由昂貴的低損耗RF材料制成)有關(guān)，還和LNA的機殼材料(合 金和塑料)有關(guān)。 仍參考圖7，圖7示出了體現(xiàn)本發(fā)明的DBS LNA的一部分，DBSLNA并入了一個單片 的(monolithic)支持IC l，后者本身也是本發(fā)明的實施例。除了支持IC l，LNA還包括若 干外部組件，這些組件包括四個FET F1、F2、F3和F4以及兩個校準電阻器Rl和R2。將操 作LNA的電源供至電源輸入端，并且支持IC 1包括依照本發(fā)明第一方面的調(diào)壓器4，它被布 置成從用于向片上或片外(on-chip or off-chip)組件供電的電源輸入產(chǎn)生一個經(jīng)過調(diào)整 的供電電壓。支持IC 1包括一個FET控制電路2，它被布置成監(jiān)控各FET的漏極電流，并且 通常用于(以偏置電流和偏置電壓)設(shè)置各個外部FET的偏置狀態(tài)?？梢哉J為此FET控制 電路2包括分別被布置成控制FET的偏置的第一、第二和第三級21、22、23。第四級24控 制FET F4的偏置，F(xiàn)ET F4被布置于混頻器結(jié)構(gòu)(未示出)之中，用于接收RF輸入信號以 及來自LNA中兩個本地振蕩器(此圖中未示出本地振蕩器)其中之一的信號，并產(chǎn)生一個 中頻信號。FET控制電路還包括FET偏置電流控制級25，用于控制FET F1、F2和F3的偏置 電流。該偏置電流控制級25連接至外部校準電阻器Rl ，在外部校準電阻器上有校準電流流 過。偏置電流控制級25檢測該校準電流，下面將對此特征予以更加詳細的說明。FET控制 電路還包括混頻器偏置電流控制級26，它被布置成檢測流過第二校準電阻器R2的混頻器 電流，并對流過FET F4的偏置電流加以獨立控制。 單片的支持IC 1還包括極化控制電路3，它還可稱為FET選擇電路。電路3被布 置成檢測被提供給電源輸入10的電壓信號的DC分量的電平，并根據(jù)檢測到的DC電平向 FET控制電流2提供FET選擇控制信號。在本例中，根據(jù)檢測到的電源輸入10上的DC電 平，極化控制電路3啟動FET F1和F2其中的一個(毫無疑問，還可以將其描述為選擇將兩 個FET中的一個禁用)。FET Fl被布置成對去向LNA的一種輸入極化信號進行處理，第二 個FET R2被布置成處理另一種不同的極化。從而，極化控制電路3能夠根據(jù)作用于電源輸 入10的DC電壓分量，判斷LNA要放大的輸入信號的極化方式。在某些實例中，該電源輸入 還是LNA的射頻輸出，并利用連接在下游的器件將用于選擇信號極化方式的DC分量提供給 LNA。單片的支持IC還包括負電源發(fā)生電路5，它被布置成利用調(diào)壓器4輸出的經(jīng)過調(diào)整的 電壓產(chǎn)生一個負電源。將該負電源提供給FET控制電路，從而使后者能夠向外部FET提供 負控制電壓。在某些實施例中，負電源發(fā)生器5還被布置成為支持IC 1外部的、LNA的其他組件提供負電源。 圖1中的支持IC l還包括檢音電路(tone detector circuit)6，被布置成檢測提 供給電源輸入10的信號中是否存在AC控制分量(S卩，控制音調(diào))。檢音器6隨即向本地振 蕩器電源開關(guān)電路7提供檢測信號，電源開關(guān)電路7根據(jù)AC控制分量存在與否將經(jīng)調(diào)整的 電源饋入一對輸出端71、72中的其中一個。輸出端71被布置成為包含于LNA中的高頻帶 本地振蕩器供電，輸出端72被布置成為包含于LNA中的第二低頻帶本地振蕩器供電。
下面將對圖7的LNA予以更加詳細的說明。如上所述，圖7 —個通用DBS LNA 100 中各組件的方框圖，DBS LNA包括一個完整的單片LF支持IC 1。包括FET控制(提供偏 置控制和FET電流設(shè)定)模塊2、極性轉(zhuǎn)換模塊3、負電源發(fā)生器5、檢音器6、 L0開關(guān)7、內(nèi) 部參考電壓和調(diào)壓器4。 FET偏置控制級保護并控制處理RF信號所需使用的若干GaAsFET Fl-F4的運行， 在某些實施例中，RF信號可以處于5-15GHz的范圍以內(nèi)。耗盡型FET需要經(jīng)過良好調(diào)整 的漏極供電電壓；漏極電流監(jiān)測和控制；受過壓保護和過流保護的、必須能夠產(chǎn)生低于地 電位的電源電壓的柵極驅(qū)動器。 為了控制噪聲性能和增益，通常需要用戶控制FET漏極工作電流。為了使本發(fā)明 的實施例能夠?qū)崿F(xiàn)前述部分綜合的嘗試，允許用戶使用一個用于建立校準電流的外部電阻 器Rl(也稱RcalA)來設(shè)置漏極電流。然而，從前述嘗試獲得的經(jīng)驗表明將(高)漏極電流 監(jiān)測和控制電阻器同(低)校準電流監(jiān)控器匹配所需使用的內(nèi)部組件體積過大。在本發(fā)明 的某些實施例中，使用比例式雙極或mosfet晶體管實現(xiàn)匹配，以在不損失精度的前提下有 效節(jié)省芯片面積。 許多種類的DBS LNA必須滿足能夠在兩種信號極化方式間(通常在垂直和水平極 化或在順時針和逆時針極化間)進行選擇的要求?？梢酝ㄟ^有選擇地啟用兩個輸入放大器 FET(每個FET只接收一種極化信號，并對其進行放大)中的其中一個來實現(xiàn)這一目的。將 兩個FET的輸出結(jié)果相加，然而饋送至下一RF放大級。啟用和禁用上述電路級是一項十分 復雜的操作，這是由于，如果要維持(極化間)的隔離度、增益和噪聲性能，必須小心仔細地 維持/控制輸入輸出RF阻抗。現(xiàn)已開發(fā)出兩種設(shè)計變型用于支持本發(fā)明實施例中的這種 選擇。本發(fā)明實施例所采用的第一種技術(shù)通過使用較大但可控的負電壓驅(qū)動適當FET的柵 極，徹底關(guān)閉器件中邏輯電流的方式，消除無用極化。還可以禁用漏極電源，使得可以通過 直接連接兩個漏極將兩種極化信號相加。候選實施例中的第二種變型仍然通過禁用漏極電 源的方式消除無用極化，但以0V電壓驅(qū)動適當FET的柵極。如此以來，作為一種耗盡型器 件，F(xiàn)ET就將進入低阻態(tài)(不像在第一種方法那樣成為一個斷路)。LNA設(shè)計者可能更傾向 于這種候選極化控制方案所提供的阻抗匹配的一致性?？梢岳肦F下饋電纜提供的DC電 源電壓變化，控制DBS LNA的極化。用于選擇兩種極化方式其中之一的常見電平是13V輸 入電壓或18V輸入電壓。向本發(fā)明實施例中的支持IC集成調(diào)壓電源，就可以直接得到極化 信號而無需在支持IC上增加額外的輸入管腳。本發(fā)明實施例中所執(zhí)行的其他任務(wù)使得這 種節(jié)省管腳的做法能夠有效濾除所有無用的系統(tǒng)噪聲和其他控制信號，而無需使用任何外
部組件。由于允許存在電纜壓降和控制器精度偏差，所需控制信號的門限范圍可能減小到 14. 2V至15. 2V，因此這并不是一個特別簡單的任務(wù)。此外，要在有AC控制信號存在的情況 下提供這種能力，因而噪聲的幅度可能大于剩余檢測范圍。本發(fā)明的實施例通過結(jié)合使用濾波器和延遲電路的方法實現(xiàn)利用可接受尺寸集成組件準確檢測DC輸入電平這一復雜任 務(wù)。 已注意到，某些實施例中所支持的GaAs放大器FET是耗盡型器件，為了進行控制 后者需要適于低于地電位的電源。由于一般的RF/DC電源電纜無法直接提供這樣的電源， 因此電源必須在DBS LNA內(nèi)部產(chǎn)生。本發(fā)明實施例中的支持IC可以在無需使用任何外部組 件的前提下提供這種電源。它還可以將該電源提供給LNA設(shè)計者，用于實現(xiàn)原始實現(xiàn)中未 實現(xiàn)的其他/新特征。在某些實施例中，負電源發(fā)生器采用標準的電容器充電泵電路。在 工作于極高頻率(> 1MHz)時，它可以為柵極驅(qū)動器和其他外部需求提供足夠的電流，而無 需使用外部泵電容器。在某些實施例中，對其輸出進行調(diào)整，并對輸入電流加以限制，以確 保外部FET不會被過高的柵源或柵漏電壓損壞。為了能夠?qū)⒌陀诘仉娢坏碾娐芳傻叫酒?襯底接地的IC處理器中，有必要創(chuàng)新性地使用隔離擴散技術(shù)(以下將對其進行說明)。如 果不使用上述技術(shù)，就需要添加額外的封裝管腳和外部組件。 某些體現(xiàn)本發(fā)明的單片支持IC能夠支持具有頻段轉(zhuǎn)換功能的DBSLNA。可以通過 只啟用兩個本地振蕩器中的一個來實現(xiàn)該功能。將用于選擇頻段的低頻(例如22kHz)音 調(diào)加至LNA的DC輸入上。因此，可以安排用下饋電纜來傳輸接收到RF信號，DC輸入和AC 信號，其中DC輸入為LNA供電，并選擇極化方式，AC信號用于選擇接收頻段。如前所述，為 了控制LNA，電源電纜上可以存在其他信號?？赡艽嬖诘钠渌盘柊―iSEqC信號、MACAB 信號、60Hz的音調(diào)(這些信號都是可能共享同一饋電電纜的其他器件的控制信號)，以及 LNA自身引起的電源噪聲和干擾。必須在有多種干擾源存在的情況下可靠地檢測出期望音 調(diào)。為了在這種惡劣環(huán)境下良好運作，本發(fā)明的某些實施例結(jié)合使用了濾波、電平選擇和調(diào) 制檢測。所有信號處理的實現(xiàn)都無需使用其他外部組件。由于輸入信號直接取自輸入至IC 的電源，因此無需為檢音器添加輸入或濾波組件管腳。 在某些體現(xiàn)本發(fā)明的實施例中，通過啟動用于控制兩個本地振蕩器DC供電的高 位開關(guān)實現(xiàn)頻段轉(zhuǎn)換。或者，還可以通過對MMIC器件進行選通控制來實現(xiàn)頻段轉(zhuǎn)換。本地 振蕩器的電源開關(guān)實現(xiàn)起來可能會比較困難。為了保持RF穩(wěn)定，本地振蕩器電源必須高度 去耦。由于要對電源平滑電容器充電，因此開關(guān)電源將導致產(chǎn)生很大的瞬變電源電流。由 于上述電流源自LNA的DC輸入，后者的電源阻抗通常比較糟糕(高)，因此開關(guān)本地振蕩器 可能在DC電源上引入很大的瞬變電壓。由于瞬變會干擾用于發(fā)起切換的同一輸入音調(diào)信 號，因此這可能會帶來某些問題。本發(fā)明的實施例對本地振蕩器電源的開關(guān)加以控制，使得 可以完全消除供電電流瞬變。這是通過結(jié)合使用選通、延遲電流和上沿時間控制予以實現(xiàn) 的。 在DBS LNA控制器(即單片支持IC)中集成調(diào)壓器對于減少芯片管腳數(shù)量和組件 間連線來說十分重要。輸入至LNA的電源是噪聲和干擾水平很高的可變電壓DC電源。需 要使用高性能的調(diào)壓器用這個電源向存在于大部分LNA中的放大器GaAs FET、本地振蕩器 和后面的混頻放大器提供低噪聲DC電源。調(diào)壓器必須是穩(wěn)定的，能夠去除較強的輸入噪聲 (特別是22kHz的噪聲)并提供針對各種錯誤(過流和過熱)的保護，而不至于被永久性 損壞。在本發(fā)明的實施例中，調(diào)壓器與參考電壓相連，參考電壓用于為極化檢測器和調(diào)壓器 以及過熱檢測提供校準電壓。調(diào)壓器通過將規(guī)定的一部分輸出電流同內(nèi)部參考電流進行比 較，執(zhí)行過流檢測。這種技術(shù)使得不必在高電流輸入或輸出路徑中放入可用于降低輸出調(diào)
11節(jié)或最小輸入工作電壓的電阻器。 某些實施例使用QFN(扁平無引腳封裝)表面裝配封裝形式的單片支持IC。在某 些實例中，以所述方式集成全部LF功能已將所需管腳數(shù)量減少至僅僅16個管腳。這使得 可以使用3mm乘3mm乘0. 8mm的封裝來實現(xiàn)DBS LNA所需的全部低級LF功能。封裝時，將 IC芯片安裝在背面同PCB接觸的金屬墊上。該金屬墊焊接在雙面PCB的頂層金屬層上。還 必須同IC相鄰的PCB的背面進行金屬化，并通過兩個以上的鍍通孔饋通(feed through) 連接兩條金屬引線。此外，PCB應(yīng)當緊緊貼著靠近IC安裝點的金屬合金外殼。這種安裝方 式可以確保到IC周圍散熱電阻的連接具有足夠低的熱阻，從而能夠耗散掉在電源線性調(diào) 壓器中損失的全部功率。當以這種方式安裝時，所述實現(xiàn)可以實現(xiàn)一個熱阻只有3(TC/W的 到IC周圍散熱電阻的連接。 圖7示出了用于LNA中的單片支持IC的主要電路模塊，以及IC所支持和需要的 外部組件。IC支持4個外部GaAs FET， JA1、 JA2、 JA3和JM。兩個FET (JA1和JA2)用作輸 入放大器，每個FET對應(yīng)一個輸入信號極化狀態(tài)，無論何時只有一個FET處于工作狀態(tài)。為 第三個FETJA3持續(xù)供電，并將其用作放大器。第四個FET JM用作混頻器。用戶通過使用 兩個"校準"電阻器Rl、 R2來設(shè)置放大器FET和混頻器FET的漏極電流。IC為高低頻段的 兩個本地振蕩器提供電源輸出。還可以為所需的任何IF頻段放大器供電。由內(nèi)部調(diào)壓器 4為所有電路供電，通過管腳Vin為內(nèi)部調(diào)壓器4供電。該管腳并不僅僅用于輸入電源，還 饋入電壓比較器3，用于控制極化狀態(tài)，并饋入檢音器6，用于控制高/低頻段。
根據(jù)以上說明，應(yīng)當理解，本發(fā)明的某些實施例使用的單片IC提供了在兩相開關(guān) 式電容降壓器前執(zhí)行部分線性預調(diào)整的功能。預調(diào)整實現(xiàn)兩個功能。 一是其弱調(diào)整去除了 出現(xiàn)在其輸出端的強干擾同其輸入端的干擾間的耦合。(犧牲了具有良好噪聲抑制性能的 輸出電壓調(diào)整方法。)毫無疑問，第二個功能是為電容器提供經(jīng)過調(diào)整的充電電流(也可 將其看作提供某種程度的電壓調(diào)整，在開關(guān)式電容器裝置進一步降低輸出端電壓(通過降 低一半)前，降低為電容器充電所使用的電壓)。在依照本發(fā)明的多輸出LNB中，多個預調(diào) 整器可以為一個開關(guān)降壓器供電，從而提供噪聲隔離，并提供共享于電源輸入間的電流。簡 單的單向降壓器(感性或容性)會產(chǎn)生極高的輸入電流噪聲。多相降壓器能夠克服這個問 題，但會使成本大幅增加。通過使用兩相電容降壓器(開關(guān)式電容器)，本發(fā)明的實施例不 但可以提供一種無噪解決方案，其成本甚至還低于基于電感的單相電路。此外，在本發(fā)明某 些實施例通過在一塊IC中包含預調(diào)整、電壓轉(zhuǎn)換和LNB fet偏置支持，降低了封裝、組件互 連、PCB和LNB外殼的成本。因此，本發(fā)明的實施例既節(jié)省了能量又簡化了產(chǎn)品。為了能夠 并入多輸出LNB，某些實施例還在支持IC中集成了調(diào)壓功能。 應(yīng)當理解的是，由于本發(fā)明的實施例提供了弱功能預調(diào)整、開關(guān)式電容器電源轉(zhuǎn) 換、兩相電源轉(zhuǎn)換，可以包括含有極化電壓檢測器和檢音器的Fet偏置支持，并可以集成于 單片IC，因而不同于現(xiàn)有技術(shù)的LNB調(diào)壓器。它們還可以在不導入外部信號的前提下包含 復雜的能量管理策略。 還應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施例能夠提供許多優(yōu)點，包括較低的反饋至能量/RF下 饋電纜的開關(guān)噪聲；高于純線性調(diào)壓方案的效率；較低的LNB整體解決成本；以及減輕了的 環(huán)境效應(yīng)。 還應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施例可用于多種應(yīng)用，包括單和/或多輸出LNB、衛(wèi)星開關(guān)盒以及衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)c
權(quán)利要求
一種調(diào)壓器，包括輸入端，用于連接以某一供電電壓供電的電源；輸出端，用于連接負載，以經(jīng)過調(diào)整的電壓向負載供電；第一電容器，包括相應(yīng)的第一和第二電極；第二電容器，包括相應(yīng)的第一和第二電極；調(diào)整裝置，被布置成從輸入端向每個所述電容器提供相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流；開關(guān)裝置，可操作用于選擇性地連接第一電容器的第一電極以接收所述的相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流，或連接至輸出端，選擇性地將第一電容器的第二電極連接至輸出端或地，選擇性地連接第二電容器的第一電極以接收所述的相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流，或連接至輸出端，并選擇性地將第二電容器的第二電極連接至輸出端或地；以及開關(guān)控制裝置，被布置成控制所述開關(guān)裝置在第一配置和第二配置間交替，在第一配置中，第一電容器的第一電極被連接成接收所述的相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流，并且第一電容器的第二電極和第二電容器的第一電極的每一個被連接至輸出端，而第二電容器的第二電極接地；在第二配置中，第二電容器的第一電極被連接成接收所述的相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流，并且第二電容器的第二電極和第一電容器的第一電極的每一個被連接至輸出端，而第一電容器的第二電極接地，其中調(diào)整裝置包括至少一個器件，可通過該至少一個器件將相應(yīng)充電電流的至少一部分提供給至少一個電容器，可以用控制信號對該至少一個器件進行控制，以對流經(jīng)該至少一個器件的電流加以調(diào)整，該調(diào)整裝置還包括控制信號提供裝置，它被連接至輸出端，并被布置成向所述至少一個器件提供所述控制信號，所述控制信號取決于輸出端的電壓，以便可以根據(jù)輸出端的電壓來調(diào)整流經(jīng)該至少一個器件的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)壓器，其中所述控制信號提供裝置包括低通濾波器，它被 布置成使控制信號基本上和某一頻率閾值以上的輸出電壓分量無關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)壓器，其中所述控制信號提供裝置包括 連接在輸出端和地之間的分壓器；運算放大器，反相輸入通過低通濾波器連接至分壓器的輸出；以及 參考電壓源，連接在運算放大器的非反相輸入和地之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)壓器，其中所述控制信號是運算放大器輸出端所提供的控 制電壓。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的調(diào)壓器，還包括連接在輸入端和地之間的輸入電容器 以及連接在輸出端和地之間的輸出電容器。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的調(diào)壓器，還包括連接在調(diào)整裝置的輸出和地之間的調(diào) 壓電容器。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的調(diào)壓器，其中所述器件是FET，所述控制信號是提供 給FET的柵極的控制電壓。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的調(diào)壓器，其中調(diào)整裝置包括單一的所述器件，該單一 器件被布置成向第一和第二電容器傳送充電電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的調(diào)壓器，其中所述單一器件是FET，其漏極連接至輸入端，柵 極被連接成接收所述控制信號，并且開關(guān)裝置和開關(guān)控制裝置被布置成在所述第一配置的情況下，第一電容器的第一電極連接至所述FET的源極，在所述第二配置的情況下，第二電容器的第一電極連接至所述FET的源極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中之一所述的調(diào)壓器，其中調(diào)整裝置包括第一所述器件和第二所述器件，用第一控制信號對所述第一器件進行控制，以調(diào)整從輸入端供應(yīng)給第一電容器的充電電流，并且用第二控制信號對所述第二器件進行控制，以調(diào)整從輸入端供應(yīng)給第二電容器的充電電流，控制信號供應(yīng)裝置被布置成分別向第一和第二器件提供所述第一和第二控制信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)壓器，其中第一器件是漏極連接至輸入端、源極連接至第一電容器的第一電極的第一FET，第二器件是漏極連接至輸入端、源極連接至第二電容器的第一電極的第二FET。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)壓器，其中開關(guān)控制裝置和控制信號裝置被布置成在所述第一配置的情況下，將控制電壓施加于第一FET的柵極，以向第一電容器提供根據(jù)輸出電壓調(diào)整過的充電電流，而不導通第二FET，以及在所述第二配置的情況下，將控制電壓施加于第二FET的柵極，以向第二電容器提供根據(jù)輸出電壓調(diào)整過的充電電流，而不導通第一 FET。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中之一所述的調(diào)壓器，包括多個所述輸入端，每個輸入端適于連接至一個以相應(yīng)供電電壓供電的相應(yīng)電源，且其中調(diào)整裝置被布置成從輸入端向每個所述電容器提供相應(yīng)經(jīng)過調(diào)整的充電電流，其中調(diào)整裝置包括多個所述器件，每個器件對應(yīng)于一個相應(yīng)的所述輸入端并且被布置成從相應(yīng)輸入端向第一和第二電容器傳送充電電流，控制信號提供裝置被布置成向每個所述器件提供相應(yīng)所述控制信號，以根據(jù)輸出端電壓對流經(jīng)每個器件的電流加以調(diào)整。
14. 一種低噪聲模塊(LNB)，包括依照根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的調(diào)壓器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的LNB，還包括連接裝置，用于連接從接收盒伸出的電纜，以便接收盒能夠通過所述電纜為LNB供電，調(diào)壓器的輸入端連接至接線端。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的LNB，還包括連接在連接裝置和輸入端之間的濾波網(wǎng)絡(luò)，該濾波網(wǎng)絡(luò)包括彼此并聯(lián)的電感、電容和電阻。
17. —種包含根據(jù)權(quán)利要求13所述的調(diào)壓器的LNB，還包括多個連接裝置，各連接裝置適于連接從相應(yīng)接收盒伸出的電纜，以便接收盒能夠通過電纜為LNB供電，調(diào)壓器的各輸入端連接至相應(yīng)的一個接線端。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14至17之一所述的LNB，其中LNB適于通過連接裝置以及連接至該或各接收盒的各條電纜輸出信號。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14至18之一所述的LNB，還包括至少一連接至輸出端、以接收經(jīng)過調(diào)整的電壓的放大器。
20. —種衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)，包括LNB ;接收盒，用電纜連接至LNB，并被布置成通過所述電纜以電源電壓向LNB供電，其中，LNB包括根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的調(diào)壓器，并且輸入端連接至電纜，由此調(diào)壓器可用于以經(jīng)過調(diào)整的電壓進行供電。
21. —種基本上如同參考附圖所說明的調(diào)壓器、LNB或衛(wèi)星信號接收裝置。
全文摘要
公開了一種用于LNB的調(diào)壓器，包括第一和第二電容器，以及調(diào)整裝置，被布置成從輸入端向相應(yīng)的電容器提供經(jīng)調(diào)整的充電電流。該調(diào)整裝置包括至少一個器件，可通過其將相應(yīng)充電電流的至少一部分提供給至少一個電容器?？梢杂每刂菩盘枌υ撈骷M行控制。該調(diào)整裝置還包括控制信號提供裝置，它連接至輸出端，并被布置成向該器件提供所述控制信號，控制信號取決于輸出端電壓，以便可以根據(jù)輸出端電壓來調(diào)整流經(jīng)該器件的電流。
文檔編號G05F1/10GK101730869SQ200880014479
公開日2010年6月9日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月2日
發(fā)明者戴維·布萊德博瑞 申請人:賽特克斯半導體公司