專利名稱：前端靈敏度提升器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提高一個(gè)放大器鏈的靈敏度的方法，包括以下步驟通過一個(gè)第一放大器以一個(gè)增益因子A1＝A1，m*ΔA1放大一個(gè)信號(hào)，這里A1，m指示一個(gè)恒定增益因子以及ΔA1指示一個(gè)遵循1≤ΔA1，min≤ΔA1≤ΔA1，max的增益因子變化；進(jìn)一步通過一個(gè)第二放大器以一個(gè)可控增益因子A2≤A2，max放大此信號(hào)，這里第一放大器的增益變化ΔA1通過降低第二放大器的增益A2被補(bǔ)償，以便該鏈路增益因子AC＝A1*A2與一個(gè)目標(biāo)鏈路增益因子AT≤AT，max之間的差變?yōu)榱?。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于提高一個(gè)放大器鏈的靈敏度的裝置。
在多種信號(hào)傳輸應(yīng)用領(lǐng)域中(例如電纜或廣播無線電和電視)，載送信息的基帶信號(hào)被作為帶通信號(hào)(也被表示為射頻(RF)信號(hào))在較高頻率范圍內(nèi)(在RF頻率下)發(fā)送。RF傳輸?shù)脑蚴嵌喾矫娴妮^高的頻率范圍通常更適合于經(jīng)過空間或經(jīng)過在幾個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間共享的傳輸線的信號(hào)傳輸；頻率范圍的搬移允許能被適配于傳輸信道(空間或電纜)特性的多種調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用；載送信息的基帶信號(hào)頻譜能通過頻率變換而被修改，以便允許對可用傳輸帶寬的更為有效的使用(頻譜的擴(kuò)展或壓縮)；能通過在相鄰高頻帶(頻道)中發(fā)送幾個(gè)信息源的載送信息的基帶信號(hào)來應(yīng)用頻分復(fù)用(FDM)，其中每個(gè)頻道具有相同的帶寬，但是具有不同的載波頻率(載波頻率表示載波(正弦)的中心頻率，其幅度、相位或頻率被載送信息的基帶信號(hào)調(diào)制)。


圖1描述了一種用于在頻分復(fù)用的電視廣播系統(tǒng)中接收RF信號(hào)的現(xiàn)有技術(shù)接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。相同的接收機(jī)結(jié)構(gòu)在先有技術(shù)文獻(xiàn)EP 0838 896 A2中被公開，在其中該接收機(jī)被用于無線電通信。由于采用頻分復(fù)用，RF信號(hào)1包括所有被傳送的頻道的信息，其在頻域中被分離。為了能夠恢復(fù)一個(gè)特定頻道的信息，尤其需要對RF信號(hào)1進(jìn)行下變換(頻率降低)，這可能是通過一個(gè)或幾個(gè)中頻(IF)進(jìn)行的。這種下變換過程通常通過一個(gè)調(diào)諧器2執(zhí)行，該調(diào)諧器還應(yīng)用一個(gè)其中心在期望頻道的載波頻率處的帶通濾波器來消除噪聲和相鄰頻道的影響。此調(diào)諧器的進(jìn)一步任務(wù)是放大所接收到的通常由于發(fā)生在無線或電纜傳輸中的信號(hào)傳輸損失而被嚴(yán)重衰減的RF信號(hào)。在調(diào)諧器的輸出端出現(xiàn)一個(gè)寬帶IF信號(hào)3。為了進(jìn)一步抑制在寬帶IF信號(hào)3中的不能單獨(dú)通過調(diào)諧器2的帶通濾波器完全消除的相鄰頻道的信號(hào)，一個(gè)近似具有期望頻道帶寬的窄帶IF濾波器4被使用以產(chǎn)生窄帶IF信號(hào)5。不幸的是，這樣的濾波器導(dǎo)致對窄帶IF信號(hào)5的嚴(yán)重衰減，從而在IF濾波器4的輸出端，一個(gè)IF放大器6被提供來輸出被放大的窄帶IF信號(hào)7。該窄帶IF信號(hào)7然后被饋送入一個(gè)解調(diào)器8，以恢復(fù)原始被發(fā)送的載送信息的基帶信號(hào)。為了解調(diào)器正常工作，在解調(diào)器輸入端需要被放大的窄帶IF信號(hào)7的恒定信號(hào)電平，其被IF放大器6和調(diào)諧器2的放大器分別通過兩個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路9和10所控制。根據(jù)先有技術(shù)文獻(xiàn)EP 0 838 896 A2，這些AGC環(huán)路優(yōu)選地將調(diào)諧器的增益保持在其最大值，同時(shí)通過變化IF放大器的增益來控制在解調(diào)器輸入端的信號(hào)的信號(hào)電平。
接收系統(tǒng)的靈敏度由接收鏈能夠處理的最小信號(hào)電平(具有固定的信噪比(SNR))來表征。該信號(hào)越弱，接收鏈越好。最小信號(hào)電平依賴于接收鏈各部件的質(zhì)量(即噪聲系數(shù)形式的噪聲性能)。在接收鏈中的每個(gè)部件將增加噪聲到輸入的RF信號(hào)中，從而惡化整體的SNR。解調(diào)器8需要一個(gè)最小給定SNR及其輸入信號(hào)的恒定信號(hào)電平以正常操作。
調(diào)諧器2由其噪聲系數(shù)和增益表征。增益是可控的，以允許AGC環(huán)路10的應(yīng)用。由調(diào)諧器提供的最大增益強(qiáng)烈地既依賴于頻率也依賴于制造工藝。其例如可以由期望值和標(biāo)準(zhǔn)差這樣的統(tǒng)計(jì)值表征。當(dāng)調(diào)諧器的增益最大時(shí)，調(diào)諧器的噪聲系數(shù)最小。
IF濾波器4由其噪聲系數(shù)和增益表征。如果一個(gè)無源表面聲波(SAW)濾波器作為IF濾波器被應(yīng)用，則噪聲系數(shù)等于濾波器的損耗。
IF放大器6由其噪聲系數(shù)和增益表征。增益是可控的并被AGC環(huán)路9指定。作為調(diào)諧器的放大器，當(dāng)IF放大器的增益最大時(shí)，IF放大器的噪聲系數(shù)最小。
上述RF接收鏈的規(guī)范和AGC環(huán)路9和10的功能將被如下解釋。假設(shè)RF信號(hào)1的信號(hào)電平在[45dBμV，75dBμV]范圍內(nèi)，IF濾波器4的損耗為18dB(對應(yīng)于-18dB的增益)以及在解調(diào)器8輸入端的被放大的窄帶IF信號(hào)7的信號(hào)電平為等于114dBμV，調(diào)諧器2和IF放大器6必須共享在[57dB，87dB]范圍內(nèi)的一個(gè)增益。此外，如果調(diào)諧器2的增益由于其統(tǒng)計(jì)特性而在[41dB，49dB]范圍內(nèi)，為了在解調(diào)器8的輸入端獲得期望的信號(hào)電平，則需要一個(gè)具有至少等于87dB-41dB＝46dB的IF放大器6。下面，假設(shè)使用一個(gè)具有50dB最大增益的IF放大器6。
這個(gè)規(guī)范的AGC控制環(huán)路9和10的功能在圖2中被描述。在左邊各圖中，調(diào)諧器2的增益、IF放大器6的增益以及在IF放大器6輸入端的窄帶IF信號(hào)5的信號(hào)電平被描述(以dB計(jì))為RF信號(hào)1的信號(hào)電平的函數(shù)。在右邊各圖中，調(diào)諧器2、IF放大器6以及整個(gè)接收鏈的相應(yīng)噪聲系數(shù)(以dB計(jì))被描述為RF信號(hào)1的信號(hào)電平的函數(shù)。
考慮兩個(gè)上面的圖，其表示這樣的情況調(diào)諧器2的最大增益取得其41dB的最小值。為了獲得接收鏈的最優(yōu)性能，根據(jù)鏈路噪聲規(guī)則，尤其是鏈路中的第一放大器(即在調(diào)諧器2中的放大器)被要求具有一個(gè)低噪聲系數(shù)。當(dāng)調(diào)諧器以最大增益工作時(shí)，這個(gè)低噪聲系數(shù)被獲得。為了提高所接收到的(位于[45dBμV，75dBμV]范圍內(nèi)的)RF信號(hào)1的信號(hào)電平(如圖2中兩個(gè)上面的圖的橫坐標(biāo)所指示的那樣)和被放大的窄帶IF信號(hào)7的期望固定電平，調(diào)諧器2的增益因此被保持恒定，同時(shí)增加的RF信號(hào)的信號(hào)電平通過降低IF放大器6的AGC環(huán)路9內(nèi)的IF放大器6的增益而被補(bǔ)償。然而，隨著增加的RF信號(hào)1的信號(hào)電平和調(diào)諧器2的固定增益，將達(dá)到這樣一個(gè)點(diǎn)在調(diào)諧器2輸出端的寬帶IF信號(hào)3的信號(hào)電平超過其專用動(dòng)態(tài)范圍。這個(gè)點(diǎn)被表示為接管點(diǎn)(take-over point)。為了阻止動(dòng)態(tài)范圍超過接管點(diǎn)，調(diào)諧器2的AGC環(huán)路10開始將調(diào)諧器的增益降低到低于其最大值，同時(shí)IF放大器6的AGC環(huán)路9保持IF放大器增益固定。在圖2的兩個(gè)上面的圖中，這個(gè)接管點(diǎn)發(fā)生在58dBμV。
圖2中的上面各圖表示調(diào)諧器2的增益取得最大增益的最小值41dB的情況，而圖2中的下面各圖表示調(diào)諧器2取得最大增益的最大值49dB的情況。
最終得到的8dB額外增益不被接收鏈所要求，因?yàn)槠涫轻槍φ{(diào)諧器最大增益取得其最小值(41dB)的情況而規(guī)定的，因此所述額外增益必須被IF放大器補(bǔ)償，以便在左下圖中的IF放大器增益開始于38dB的增益而不是左上圖中的46dB。通過對比在圖2的右上圖和右下圖中的IF放大器噪聲系數(shù)的值可以清晰地看到，在調(diào)諧器具有其最小可能的最大增益41dB(右上圖)的情況下，IF放大器噪聲系數(shù)取得其最大值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)遲于調(diào)諧器具有其最大可能的最大增益49dB(右下圖)的情況，從而對應(yīng)于兩個(gè)不同的接管點(diǎn)。
正如通過對比整個(gè)接收鏈對于調(diào)諧器的兩個(gè)不同最大增益的鏈路噪聲系數(shù)可以看到的那樣，整個(gè)接收鏈的系統(tǒng)噪聲系數(shù)在49dB的最大調(diào)諧增益的情況下相比于41dB的情況僅僅被稍微降低。這主要是由于鏈路噪聲規(guī)則，該規(guī)則表明鏈路噪聲系數(shù)主要被第一放大器(在這個(gè)情況中為調(diào)諧器)的噪聲系數(shù)所影響。然而，IF放大器6也產(chǎn)生頻道帶寬外部的噪聲，即在由IF濾波器4的帶寬定義的帶寬外部。至于“頻道內(nèi)”噪聲的噪聲電平，該“頻道外”噪聲的噪聲電平直接依賴于IF放大器6的噪聲系數(shù)。在解調(diào)器的輸入端，其輸入帶寬通常顯著大于頻道帶寬，“頻道外”和“頻道內(nèi)”噪聲被合成到解調(diào)器的輸入帶寬上，而不僅僅在頻道帶寬上。由于解調(diào)器8的大輸入帶寬和IF放大器6的大噪聲系數(shù)，在解調(diào)器8的輸入端的SNR則顯著衰減。因此應(yīng)注意的是，雖然對系統(tǒng)鏈路噪聲系數(shù)是次要的，但是IF放大器6的噪聲系數(shù)經(jīng)“頻道外”噪聲顯著影響解調(diào)器的SNR，并且在RF接收機(jī)的規(guī)范中必須被考慮。特別如在上例中那樣，在一個(gè)放大器鏈中，第一放大器的增益變化必須通過減小第二放大器的增益而被補(bǔ)償，其中，雖然鏈路噪聲系數(shù)基本保持不變，但是鏈路末端的SNR由于第二放大器噪聲系數(shù)的增加而顯著下降。SNR的下降對應(yīng)于放大器鏈的降低的靈敏度。
源于RF接收機(jī)的該特定應(yīng)用領(lǐng)域，本發(fā)明的總體目標(biāo)是提供一種提高遭受增益因子變化的放大器鏈的靈敏度的方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)，提出一種用于提高放大器鏈的靈敏度的方法，其包括以下步驟通過一個(gè)增益因子為A1＝A1，m*ΔA1的一個(gè)第一放大器放大一個(gè)信號(hào)，這里A1，m指示一個(gè)恒定增益因子，以及ΔA1指示一個(gè)1≤ΔA1，min≤ΔA1≤ΔA1，max的增益因子變化；以及通過一個(gè)第二放大器以一個(gè)可控增益因子A2≤A2，max放大此信號(hào)，這里第一放大器的增益變化ΔA1通過降低第二放大器的增益A2而被補(bǔ)償，以使得鏈路增益因子AC＝A1*A2與一個(gè)目標(biāo)鏈路增益因子AT≤AT，max之間的差變?yōu)榱悖涮卣髟谟?，在第二放大器的輸出端的信?hào)被附加地饋送入一個(gè)對其輸入應(yīng)用一個(gè)固定因子A3≤1的分配器中，第一放大器增益因子A1的變化ΔA1以及固定因子A3至少通過第二放大器的增益因子A2而被部分補(bǔ)償，以使得鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的差變得最小，并且固定因子A3被選擇成使得存在數(shù)值ΔA1和AT的至少一些組合，對于所述組合來說上述差能被強(qiáng)制為零，以及存在數(shù)值ΔA1和AT的一些組合，對于這些組合來說上述差由于限制A2≤A2，max而不再能被強(qiáng)制為零。
分配器(其以相同的因子A3≤1倍增信號(hào)電平和噪聲電平)的引入允許移動(dòng)第二放大器的工作點(diǎn)，以使得第二放大器和分配器的組合的有效增益可以等于單體放大器的增益，但是由于一個(gè)放大器的噪聲系數(shù)隨著增加的增益而下降這樣一個(gè)事實(shí)，該組合的有效噪聲系數(shù)可能比單體放大器的噪聲系數(shù)低得多。因此分配器在固定第二放大器的工作點(diǎn)方面提供了額外的自由度，特別是對于其既影響“頻道內(nèi)”又影響“頻道外”噪聲的噪聲系數(shù)。當(dāng)然，分配器的引入減小了放大器鏈的整體可獲得的增益，所以，依賴于期望的目標(biāo)鏈路因子AT和數(shù)值ΔA1，期望的目標(biāo)鏈路增益因子不再能夠被獲得。然而，可獲得增益的減小可以換取第二放大器噪聲系數(shù)的減小，其對鏈路噪聲系數(shù)不很重要，但是對可能降低在分配器輸出端的信號(hào)的SNR的“頻道內(nèi)”噪聲非常重要。引入分配器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)分配器的各元件，有可能最優(yōu)化IF放大器的輸出負(fù)載。IF放大器輸出負(fù)載的最優(yōu)化導(dǎo)致在IF放大器的輸出信號(hào)中的失真減小。
根據(jù)本發(fā)明，其優(yōu)勢在于所述因子A3被選擇成使得對于所述變化ΔA1的較大值和/或較小的值A(chǔ)T所述差能被強(qiáng)制為零，以及對于所述變化ΔA1的較小值和/或較大的值A(chǔ)T所述差不再能被強(qiáng)制為零。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是所述固定因子A3進(jìn)一步被選擇成使得對一組目標(biāo)鏈路增益AT來說，第二放大器以一個(gè)接近其最大增益因子A2，max的增益因子A2工作，并且對該組目標(biāo)鏈路增益因子來說，獲得增益因子A2相對于所述變化ΔA1的最大可能獨(dú)立性，以及鏈路增益因子AC’和目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的某一個(gè)差被接受(尤其對于較小的ΔA1值)。當(dāng)增益因子A2接近其最大值時(shí)，第二放大器的噪聲系數(shù)相應(yīng)地減小，并且第二放大器和分配器的組合比起具有相同有效增益的單體放大器獲得減小的有效噪聲系數(shù)。為第二放大器的最優(yōu)工作點(diǎn)所要付出的代價(jià)是鏈路增益降低至低于其目標(biāo)值A(chǔ)T，尤其對較小的變化ΔA1。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，增益因子A1定義了將一個(gè)已調(diào)制射頻(RF)信號(hào)下變換到一個(gè)寬帶中頻(IF)信號(hào)的調(diào)諧器的最大增益因子與將此寬帶IF信號(hào)變換到一個(gè)窄帶IF信號(hào)的IF濾波器的增益因子之間的乘積，其中IF濾波器的增益因子是固定的，而調(diào)諧器的最大增益因子變化，以及增益因子A2表示一個(gè)IF放大器的增益因子，此放大器放大該窄帶IF信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)，該經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)被饋送入一個(gè)解調(diào)事例以產(chǎn)生一個(gè)解調(diào)信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明方法該優(yōu)選實(shí)施例，其優(yōu)勢在于，通過控制第二放大器的增益因子A2對第一放大器增益因子的所述變化ΔA1以及分配器的所述固定因子A3的所述至少部分補(bǔ)償(所述補(bǔ)償是為了獲得在鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的最小差)代表對調(diào)諧器和IF放大器的增益的聯(lián)合控制的兩個(gè)步驟的其中之一的一部分，執(zhí)行這種聯(lián)合控制是為了將在解調(diào)器輸入端的被放大的窄帶IF信號(hào)的信號(hào)電平強(qiáng)制為一個(gè)恒定目標(biāo)值，其中為了穩(wěn)定地提高RF信號(hào)電平，所述兩個(gè)步驟被定義為一個(gè)第一步驟，其將調(diào)諧器增益因子保持在其最大值同時(shí)改變IF放大器的增益因子以使得鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與隨著穩(wěn)定增加的RF信號(hào)電平穩(wěn)定下降的目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的差變得最小，直到寬帶IF信號(hào)在一個(gè)接管點(diǎn)超出一個(gè)專用的動(dòng)態(tài)范圍；以及一個(gè)第二步驟，其從所述接管點(diǎn)起不再減小增益因子A2，而是開始將調(diào)諧器的增益因子穩(wěn)定地減小至低于其最大值。
根據(jù)本發(fā)明方法的該優(yōu)選實(shí)施例，優(yōu)選的是對于數(shù)值ΔA1和AT的所述組合來說，解調(diào)信號(hào)質(zhì)量的衰減相比于所述差能夠被強(qiáng)制為零的情況是不明顯的，其中對于所述組合，由于限制A2≤A2，max，鏈路增益因子AC’與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的所述差不再能夠被強(qiáng)制為零，以及在解調(diào)器輸入端的被放大窄帶IF信號(hào)的信號(hào)電平相應(yīng)地下降到低于恒定目標(biāo)值。
本發(fā)明的目標(biāo)還通過一種用于降低放大器鏈的噪聲系數(shù)的裝置來實(shí)現(xiàn)，其包括一個(gè)第一放大器，用于以一個(gè)增益因子A1＝A1，m*ΔA1放大一個(gè)信號(hào)，這里A1，m指示一個(gè)恒定增益因子，以及ΔA1指示一個(gè)1≤ΔA1，min≤ΔA1≤ΔA1，max的增益因子變化；一個(gè)第二放大器，用于以一個(gè)可控增益因子A2≤A2，max進(jìn)一步放大此信號(hào)，這里由第二放大器補(bǔ)償該第一放大器的增益變化ΔA1，以使得鏈路增益因子AC＝A1*A2與一個(gè)目標(biāo)鏈路增益因子AT≤AT，max之間的差變?yōu)榱?，其特征在于，該裝置還包括一個(gè)被安排在第二放大器后面的、對其輸入應(yīng)用一個(gè)固定因子A3≤1的分配器，其中第二放大器至少部分地補(bǔ)償?shù)谝环糯笃髟鲆嬉蜃覣1的變化ΔA1以及固定因子A3，以使得鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的差變得最小，并且固定因子A3被選擇成使得存在數(shù)值ΔA1和AT的至少一些組合，對于這些組合來說上述差能被強(qiáng)制為零，以及存在數(shù)值ΔA1和AT的一些組合，對于這些組合來說上述差由于限制A2≤A2，max而不再能被強(qiáng)制為零。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，第一放大器代表將一個(gè)已調(diào)制射頻(RF)信號(hào)下變換到一個(gè)寬帶中頻(IF)信號(hào)的調(diào)諧器以及將此寬帶IF信號(hào)變換成一個(gè)窄帶IF信號(hào)的IF濾波器，其中IF濾波器的增益因子是固定的而調(diào)諧器的最大增益因子有變化，以及第二放大器代表一個(gè)IF放大器，該IF放大器放大該窄帶IF信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)，該經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)被饋送入一個(gè)解調(diào)事例以產(chǎn)生一個(gè)解調(diào)信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的一種裝置該優(yōu)選實(shí)施例，所述分配器可以是一個(gè)電壓分配器。
通過參考在下文中描述的多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它細(xì)節(jié)將是顯而易見的。在附圖中圖1一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)RF接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，圖2各圖解釋了在一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)RF接收機(jī)中的調(diào)諧器和IF放大器的各AGC環(huán)路的功能，圖3根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的RF接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，以及圖4根據(jù)本發(fā)明的分配器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的RF接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。對比在圖1中示出的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，圖3包括了一個(gè)復(fù)合IF放大器11。此復(fù)合IF放大器由其增益被AGC環(huán)路9控制的現(xiàn)有技術(shù)IF放大器6和分配器12組成。窄帶IF信號(hào)5因此被放大器6以一個(gè)增益因子A2放大，然后IF放大器6的輸出信號(hào)的信號(hào)電平通過分配器12被乘以一個(gè)因子A3≤1，從而產(chǎn)生一個(gè)隨后被饋送入解調(diào)器8的被放大的窄帶IF信號(hào)7。應(yīng)注意到，IF放大器6的噪聲系數(shù)隨著被AGC環(huán)路9指定的放大器增益的增益而下降，而從IF放大器6輸出的信號(hào)的噪聲電平被分配器12以與所述信號(hào)的信號(hào)電平相同的因子A3減小，因?yàn)榉峙淦?2代表一個(gè)無源元件。該復(fù)合IF放大器11由一個(gè)有效增益和一個(gè)有效噪聲系數(shù)來表征。由于一個(gè)放大器(例如IF放大器6)的噪聲系數(shù)通常隨著放大器增益的增加而下降這一事實(shí)，將該復(fù)合IF放大器11操作在這樣的工作點(diǎn)成為可能，在該工作點(diǎn)其獲得與一個(gè)單體放大器相同的有效增益，但獲得比單體放大器更小的有效噪聲系數(shù)。這個(gè)效果將通過下面的例子來解釋考慮一個(gè)具有增益A2和噪聲系數(shù)NF2的單體IF放大器6。這種單體放大器將被一個(gè)被期望具有相同有效增益A＝A2的復(fù)合IF放大器11所替代。該復(fù)合IF放大器包括由增益A3＜1和噪聲系數(shù)NF3＝1/A3表征的分配器12。為了獲得A＝A2的復(fù)合IF放大器11的有效增益(等于單體IF放大器的有效增益)，IF放大器6的增益必須被提高為A2’＝A2*(1/A3)，其導(dǎo)致IF放大器11的被表示為NF2’的一個(gè)新的噪聲系數(shù)。根據(jù)鏈路噪聲規(guī)則，該復(fù)合IF放大器11的有效噪聲系數(shù)被計(jì)算為NF＝1+(NF2’-1)+(NF3-1)/A2’＝NF2’+(NF3-1)/A2’＝NF2’+(1/A2)-(1/A2’)。
因此對于較大增益因子A2’＞A2＞＞1來說，該復(fù)合IF放大器11的有效噪聲系數(shù)能被近似為NF≈NF2’，并且其僅僅依賴于以最大增益操作的IF放大器6的新噪聲系數(shù)NF2’，以使得NF2’＜NF2成立。因此，雖然該復(fù)合IF濾波器11的有效增益基本上與可比的單體IF放大器的增益相同，但其有效噪聲系數(shù)被顯著降低。
然而，應(yīng)注意到，相比于一個(gè)單體放大器，復(fù)合IF放大器11的最大可獲得有效增益根據(jù)由所述分配器應(yīng)用的因子A3而被降低。
在圖3中的AGC環(huán)路10和9仍然被操作以確保在解調(diào)器輸入端處的被放大的窄帶IF信號(hào)7的恒定電平。被AGC環(huán)路10控制的調(diào)諧器的增益被盡可能長地保持最大值，這里增益的最大值由于調(diào)諧頻率和制造工藝而變化。為了保持被放大的窄帶IF信號(hào)7的信號(hào)電平即使對于增加的RF信號(hào)1的信號(hào)電平仍然保持恒定，IF放大器6的AGC環(huán)路9相應(yīng)地減小IF放大器6的增益。數(shù)量上可能為幾dB的調(diào)諧器最大增益變化必須也由IF放大器6補(bǔ)償。然而，通過在IF放大器6之后引入分配器12，IF放大器6的工作點(diǎn)能被偏移，而不改變復(fù)合IF放大器11的有效增益。如果放大器鏈被規(guī)定成即使調(diào)諧器2的最大增益取其最小值仍能獲得調(diào)諧器2的最大增益，則任何超過這個(gè)最小值的調(diào)諧器2的最大增益都必須通過由IF放大器6減小其增益而被補(bǔ)償，這也增加了IF放大器6的噪聲系數(shù)同時(shí)降低了被放大的窄帶IF信號(hào)7的SNR。分配器12固有地以一個(gè)恒定因子減小復(fù)合IF放大器11的增益，以便在復(fù)合IF放大器12內(nèi)的IF放大器6仍然能操作在一個(gè)更高的增益(以及一個(gè)更低的噪聲系數(shù))下。從而該復(fù)合IF放大器11的SNR降低顯著地小于如先有技術(shù)已知的單體IF放大器6的SNR降低。為了減小SNR減低，所要付出的代價(jià)是由于分配器因子而減小的復(fù)合IF放大器11的最大有效增益。如果調(diào)諧器2的最大增益取其最小值，則該有效增益可能不足以將被放大的窄帶IF信號(hào)7的信號(hào)電平強(qiáng)制為解調(diào)器8所要求的恒定值。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，只要SNR保持不變的話，解調(diào)器8對其輸入信號(hào)電平的例如高達(dá)2dB的降低相當(dāng)不敏感。因此，復(fù)合IF放大器11的最大有效增益的減小不會(huì)顯著地影響由本發(fā)明提出的放大器鏈的性能。
圖4描述了將用在根據(jù)本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例(圖3)的RF接收機(jī)中的一個(gè)分配器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。大多數(shù)IF放大器具有差分輸入端和輸出端，從而分配器能以電阻R1、R2和R3的形式被實(shí)現(xiàn)為簡單的電壓分配器。各電阻值能被選擇來定義分配器的因子并依賴于所使用的IF放大器的輸出負(fù)載，舉例來說，如果R1＝R2成立，則分配器的因子被給定為R1/(R1+0.5R3)。
下面，將根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的RF接收機(jī)(被表示為“新RF接收機(jī)”，圖3)的靈敏度與一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)RF接收機(jī)(圖1)的靈敏度進(jìn)行比較的仿真結(jié)果被呈現(xiàn)出來，以說明新RF接收機(jī)的優(yōu)越性能。
仿真參數(shù)被如下選擇調(diào)諧器噪聲系數(shù)大概為10dB，調(diào)諧器的最大增益接近49dB。RF信號(hào)的SNR為34.5dB，解調(diào)器帶寬為100MHz。在IF放大器6的輸入端的窄帶IF信號(hào)5的以dBμV為單位的信號(hào)電平在下列表格的第一列中被給出。第二和第三列指示以dBμV為單位的RF接收機(jī)的靈敏度，即對之來說RF信號(hào)的準(zhǔn)無錯(cuò)誤解調(diào)是可能的RF信號(hào)1的最小信號(hào)電平。第四列最后以dB為單位呈現(xiàn)第二和第三列之間的差，即表示通過使用新的RF接收機(jī)代替現(xiàn)有技術(shù)RF接收機(jī)而獲得的靈敏度的提高。
如上清晰可見，使用新的RF接收機(jī)時(shí)幾dB的靈敏度增益是可能的，這里的增益對于較小的IF放大器輸入電平來說最大。
以一個(gè)更小的解調(diào)器帶寬(即55MHz)執(zhí)行相同各個(gè)仿真，產(chǎn)生在下列表中的結(jié)果
新的RF接收機(jī)比起現(xiàn)有技術(shù)RF接收機(jī)仍然獲得了顯著的增益，但是由于減小的解調(diào)器帶寬(以及在其輸入端減小的“頻道外”噪聲量)，靈敏度增益較低。
如果除了減小的55MHz的解調(diào)器帶寬之外，還使用一個(gè)具有9dB的較低噪聲系數(shù)的調(diào)諧器，則仿真結(jié)果如下
顯然，如果使用一個(gè)更好的調(diào)諧器，則靈敏度增益被進(jìn)一步提高。
最后，為了計(jì)算出新的RF接收機(jī)相比于現(xiàn)有技術(shù)RF接收機(jī)的特別對于在[41dB，49dB]范圍內(nèi)的一個(gè)變化的調(diào)諧器最大增益的改善，IF放大器輸入電平被固定為76dBμV，解調(diào)器帶寬為55MHz，調(diào)諧器噪聲系數(shù)為9dB以及RF信號(hào)1的SNR為34.5dB。仿真的結(jié)果被呈現(xiàn)在下表中，其中第二行包含現(xiàn)有技術(shù)RF接收機(jī)對于41dB(第二列)和49dB(第三列)的變化的調(diào)諧器增益以及兩種調(diào)諧器增益在靈敏度上的差(第四列)的結(jié)果，而第三行包含對于新的RF接收機(jī)的相應(yīng)結(jié)果
在新的RF接收機(jī)中引入分配器明顯地減小了當(dāng)調(diào)諧器最大增益變化時(shí)在靈敏度上遇到的差值。
正如這些來自于本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例在RF信號(hào)接收領(lǐng)域中的仿真結(jié)果所展示的那樣，本發(fā)明具有顯著提高遭受增益因子變化的放大器鏈靈敏度的潛力。
權(quán)利要求
1.一種用于提高放大器鏈的靈敏度的方法，包括以下步驟通過一個(gè)增益因子為A1＝A1，m*ΔA1的一個(gè)第一放大器放大一個(gè)信號(hào)，這里A1，m指示一個(gè)恒定增益因子，以及ΔA1指示一個(gè)1≤ΔA1，min≤ΔA1≤ΔA1，max的增益因子變化；以及通過一個(gè)具有可控增益因子A2≤A2，max的第二放大器放大此信號(hào)，這里第一放大器的增益變化ΔA1通過降低第二放大器的增益A2而被補(bǔ)償，以使得鏈路增益因子AC＝A1*A2與一個(gè)目標(biāo)鏈路增益因子AT≤AT，max之間的差變?yōu)榱?，其特征在于，在第二放大器的輸出端處的信?hào)被附加地饋送入一個(gè)對其輸入應(yīng)用一個(gè)固定因子A3≤1的分配器中，第一放大器增益因子A1的變化ΔA1以及固定因子A3至少通過第二放大器的增益因子A2而被部分補(bǔ)償，以使得鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的差變得最小，并且該固定因子A3被選擇成使得存在數(shù)值ΔA1和AT的至少一些組合，對于這些組合來說所述差能被強(qiáng)制為零，以及存在數(shù)值ΔA1和AT的一些組合，對于這些組合來說所述差由于限制A2≤A2，max而不再能被強(qiáng)制為零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述因子A3被選擇成使得對于所述變化ΔA1的較大值和/或較小的值A(chǔ)T所述差能被強(qiáng)制為零，以及對于所述變化ΔA1的較小值和/或較大的值A(chǔ)T所述差不再能被強(qiáng)制為零
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任一個(gè)的方法，其特征在于，所述固定因子A3進(jìn)一步被選擇成使得對一組目標(biāo)鏈路增益因子AT來說，第二放大器以一個(gè)接近其最大增益因子A2，max的增益因子A2工作，并且對這些目標(biāo)鏈路增益因子來說，獲得增益因子A2相對于所述變化ΔA1的最大可能獨(dú)立性，以及特別對于較小的ΔA1值來說，鏈路增益因子AC’和目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的一個(gè)差被接受。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該組目標(biāo)鏈路增益因子AT為最頻繁發(fā)生的目標(biāo)鏈路增益因子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一個(gè)的方法，其特征在于，增益因子A1定義了將一個(gè)已調(diào)制射頻(RF)信號(hào)下變換到一個(gè)寬帶中頻(IF)信號(hào)的調(diào)諧器的最大增益因子與將此寬帶IF信號(hào)變換成一個(gè)窄帶IF信號(hào)的IF濾波器的增益因子之間的乘積，其中該IF濾波器的增益因子是固定的而該調(diào)諧器的最大增益因子有變化，以及增益因子A2代表一個(gè)IF放大器的增益因子，此IF放大器放大該窄帶IF信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)，該經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)被饋送入一個(gè)解調(diào)事例以產(chǎn)生一個(gè)解調(diào)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過控制第二放大器的增益因子A2對第一放大器增益因子的所述變化ΔA1以及分配器的所述固定因子A3的所述至少部分補(bǔ)償代表對調(diào)諧器和IF放大器的增益進(jìn)行聯(lián)合控制的兩個(gè)步驟之一的一部分，所述補(bǔ)償是為了獲得在鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的最小差，執(zhí)行所述聯(lián)合控制是為了將在解調(diào)器輸入端的被放大的窄帶IF信號(hào)的信號(hào)電平強(qiáng)制為一個(gè)恒定目標(biāo)值，其中為了穩(wěn)定地提高RF信號(hào)電平，所述兩個(gè)步驟被定義為一個(gè)第一步驟，其將調(diào)諧器增益因子保持在其最大值同時(shí)改變IF放大器的增益因子，以使得鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與隨著穩(wěn)定增加的RF信號(hào)電平穩(wěn)定減小的目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的差變得最小，直到寬帶IF信號(hào)在一個(gè)接管點(diǎn)處超出一個(gè)專用動(dòng)態(tài)范圍；以及一個(gè)第二步驟，其從所述接管點(diǎn)起不再進(jìn)一步減小增益因子A2，而是開始將調(diào)諧器的增益因子穩(wěn)定地減小至低于其最大值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，對于數(shù)值ΔA1和AT的所述組合來說，解調(diào)信號(hào)質(zhì)量的降低相比于所述差能夠被強(qiáng)制為零的情況是不明顯的，其中對于所述組合，由于限制A2≤A2，max，鏈路增益因子AC’與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的所述差不再能夠被強(qiáng)制為零，并且在解調(diào)器輸入端處的被放大的窄帶IF信號(hào)的信號(hào)電平相應(yīng)地下降到低于恒定目標(biāo)值。
8.一種用于增加放大器鏈的靈敏度的裝置，包括一個(gè)第一放大器，用于以一個(gè)增益因子A1＝A1，m*ΔA1放大一個(gè)信號(hào)，這里A1，m指示一個(gè)固定增益因子，而ΔA1指示一個(gè)1≤ΔA1，min≤ΔA1≤ΔA1，max的增益因子變化；一個(gè)第二放大器，用于以一個(gè)可控增益因子A2≤A2，max進(jìn)一步放大此信號(hào)，這里由第二放大器補(bǔ)償該第一放大器的增益變化ΔA1，以使得鏈路增益因子AC＝A1*A2與一個(gè)目標(biāo)鏈路增益因子AT≤AT，max之間的差變?yōu)榱?，其特征在于，該裝置還包括一個(gè)被安排在第二放大器后面的、對其輸入應(yīng)用一個(gè)固定因子A3≤1的分配器，其中第二放大器至少部分地補(bǔ)償?shù)谝环糯笃髟鲆嬉蜃覣1的變化ΔA1以及固定因子A3，以使得鏈路增益因子AC’＝A1*A2*A3與目標(biāo)鏈路增益因子AT之間的差變得最小，并且該固定因子A3被選擇成使得存在數(shù)值ΔA1和AT的至少一些組合，對于這些組合來說所述差能被強(qiáng)制為零，以及存在數(shù)值ΔA1和AT的一些組合，對于這些組合來說所述差由于限制A2≤A2，max而不再能被強(qiáng)制為零。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，第一放大器既代表將一個(gè)已調(diào)制射頻(RF)信號(hào)下變換到一個(gè)寬帶中頻(IF)信號(hào)的調(diào)諧器也代表將此寬帶IF信號(hào)變換成一個(gè)窄帶IF信號(hào)的IF濾波器，其中該IF濾波器的增益因子是固定的而該調(diào)諧器的最大增益因子由于制造工藝而有變化，以及第二放大器代表一個(gè)IF放大器，該IF放大器放大該窄帶IF信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)，該經(jīng)放大的窄帶IF信號(hào)被饋送入一個(gè)解調(diào)事例以產(chǎn)生一個(gè)解調(diào)信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8-9中的任一個(gè)的裝置，其特征在于，所述分配器是一個(gè)電壓分配器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于提高放大器鏈的靈敏度的方法，包括以下步驟通過一個(gè)增益因子為A
文檔編號(hào)H03G3/30GK1778039SQ200480010235
公開日2006年5月24日 申請日期2004年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者X·J·F·蘭布雷奇特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司