动态信号污染抑制 |
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| 申请号 | CN200911000102.9 | 申请日 | 2009-12-26 | 公开(公告)号 | CN101854148B | 公开(公告)日 | 2014-08-13 |
| 申请人 | 英特尔公司; | 发明人 | N·考利; R·J·戈德曼; D·索耶; N·罗哈尼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的名称为动态 信号 污染抑制，提供一种可自配置的 放大器 和放大方法，包括RF信号电平检测器，该RF信号电平检测器具有连接至RF信号的输入和配置成响应RF信号的功率电平而产生 控制信号 的输出。控制信号被提供给参数调整 电路 ，参数调整电路包括连接至控制信号的输入和配置成响应控制信号而提供 负反馈 的输出。负反馈被提供给RF放大器，RF放大器包括形成可自配置放大器输入的输入、形成可自配置放大器输出的输出、以及连接至参数调整电路的输出的控制端口，以使得RF放大器的一个或多个参数响应于负反馈。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可自配置放大器，包括： |
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| 说明书全文 | 动态信号污染抑制技术领域背景技术[0002] 本发明的实施例涉及响应所接收的信号状态而自动调整放大的装置和方法。 发明内容[0003] 本发明的第一方面在于一种可自配置放大器，包括： [0004] RF信号电平检测器，包括连接至RF信号的输入和配置成响应所述RF信号的功率电平而产生控制信号的输出； [0006] RF放大器，包括形成所述可自配置放大器输入的输入、形成所述可自配置放大器输出的输出、以及连接至所述参数调整电路的输出的控制端口，其中所述RF放大器的一个或多个参数响应于所述负反馈。 [0007] 本发明的第二方面在于一种可自配置放大器的自配置方法，包括： [0008] 利用RF信号电平检测器检测RF信号电平，所述检测器包括连接至RF信号的输入和配置成响应所述RF信号的功率电平而产生控制信号的输出； [0009] 响应所述控制信号，利用参数调整电路在参数上调整负反馈信号，所述调整电路包括连接至所述控制信号的输入和配置成提供所述负反馈信号的输出；以及 [0010] 利用提供给放大器的所述负反馈信号可控地放大RF信号，其中：所述RF放大器的一个或多个参数响应于所述负反馈；所述放大器的输入形成所述可自配置放大器的输入；并且所述放大器的输出形成所述可自配置放大器的输出。 附图说明 [0011] 图1示出本发明的反馈实施例。 [0012] 图2示出本发明的前馈实施例。 [0013] 图3示出参数调整的一个实施例。 [0014] 图4示出参数调整的备选实施例。 具体实施方式[0015] 在以下描述中，阐述了很多具体细节。然而，没有这些具体细节也可实现本发明的实施例。在其他情况下，没有详细示出公知的电路、结构和技术，以免使本发明晦涩难懂。附图用作参考，并组成本说明的一部分。各图中，除非上下文另外规定，否则相似的符号通常表示相似的组件。在本详细说明中描述的说明性实施例、附图和权利要求并不是限制性的。在不脱离这里所呈现的主题的精神或范围的情况下，可以应用其他实施例，也可以作出其他变化。将容易地理解，在这里概括描述并在附图中图示的本公开的各方面可以按照各种各样不同的配置排列、替换、合并和设计，可以明确预期所有这些配置并将其作为本公开的一部分。 [0016] 常规的无线射频(RF)信号接收机包括面向接收机设备链开端的放大器。接收机链的其他元件通常包括滤波器和混频器以使频率偏移。这些功能中至少有一部分功能可通过软件定义的接收机来实现。接收机的品质因数为载噪比(C/N)，即，载波功率与噪声带宽中的噪声功率之比，其中载波指的是期望的通信信号。一般优先选用较高的C/N，这表示与无信息承载的噪声能量相比，承载信息的载波能量占较高的比例。 [0017] 为了降低向电路开端引入的噪声随后在电路中的影响，通常将放大器设计为低噪声放大器(LNA)。LNA可能会面对不想要的RF能量，例如干扰信号和/或噪声。LNA应该能够在不引起期望的RF信号过度衰减的情况下处理一定范围内的这样的干扰信号。 [0018] 噪声系数(NF)是由RF信号链中的组件引起的C/N劣化的度量。噪声系数是在标准噪声温度T0(通常是290°K)设备的输出噪声功率与其由输入端中的热噪声引起的那部分噪声功率的比值。因此，噪声系数是实际输出噪声与设备本身没有引入噪声时留存的噪声的比值。 [0019] 互调是不同频率的两个或更多个信号混合在一起的结果，这形成了频率为这些信号的频率之和和/或之差的附加乱真信号(spurioussignal)。互调可由接收链中的元件的非线性行为引起。互调是非期望的，因为它会引起乱真发射，乱真发射会干扰期望信号或干扰在一个或多个相邻频率的一个或多个期望信号。 [0020] 乱真信号的功率取决于混合在一起的信号的功率，并且乱真信号功率的增加速率快于被混合的信号的增加速率。接收链中元件的非线性行为的品质因数为截点(IP)，它是互调分量功率的渐近增加速率与被混合的信号功率的渐近增加速率相交所在的位置。通常，优先选用较高的IP，因为它引起接收链中元件的更线性的行为。每个互调分量存在单独的IP，例如，IP3是三阶互调分量的截点。 [0021] 对于RF接收机设计领域的技术人员来说众所周知的是，难以同时实现低噪声系数和高截点的要求。现有技术通常包括有源电路的固定动态范围。这在有限范围的输入条件下产生噪声系数和/或互调截取的可接受的性能。倾向于降低噪声系数的电路设计将也倾向于降低截点，相反地，高噪声系数也倾向于提高截点。具体来说，常规设计是通过提供高的负反馈(例如负回授电阻(degeneration resistance))来实现高的互调截取；但是，这将导致噪声系数的增大和可实现的增益的限制；而低负反馈的负回授电阻将实现较低的噪声系数以及较低的互调截取性能。 [0022] 本发明的一个目的是使得放大器(如LNA)在弱输入信号状态下工作时能够产生低噪声系数，并且在强输入信号状态下工作时能够具有高的信号处理能力。本发明的实施例包括对所接收的信号状态作出反应并基于所接收的信号状态自行优化动态范围性能的有源电路。例如，响应输入信号状态，如强信号或弱信号，而动态调整放大器的增益特性。 [0023] 本发明的实施例提供一种可自配置的放大器和放大方法，包括RF信号电平检测器，该信号电平检测器具有连接至RF信号的输入和配置成响应RF信号的功率电平而产生控制信号的输出。控制信号被提供给参数调整电路，参数调整电路包括连接至控制信号的输入和配置成响应控制信号而提供负反馈的输出。负反馈被提供给RF放大器，RF放大器包括形成可自配置放大器输入的输入、形成可自配置放大器输出的输出、以及连接至参数调整电路的输出的控制端口，以使得RF放大器的一个或多个参数响应于负反馈。 [0024] 与现有技术相比，包括本发明的电路将在所实现的C/N方面带来改善的用户体验。具体来说，当在弱信号环境中工作时，本发明的实施例将具有比现有技术低的噪声系数(NF)，由此改善较弱信号的接收。相反地，当出现强信号时，电路将自我配置以实现高的截取性能，由此增强电路的线性度。线性度越好的电路对于由强信号形成的互调分量将具有更好的抵抗性，从而改善较强信号的接收。该电路可用在LNA中，但是该电路并不限于用在此方面，而是可用在信号路径内的其他功能块(如其他放大器)中。 [0025] 可用在LNA中的本发明的实施例包括：用于检测复合入射信号的平均或峰值功率的检测电路；配置成改变放大级的噪声系数和/或信号处理的电路；以及用于响应检测到的信号幅度而以预测方式控制噪声系数和/或信号处理的控制电路。 [0026] 本发明的实施例可用于数字电视接收机。这种接收机的可期望特性包括能够在弱信号状态提供高灵敏度并且因此提供低NF，并且能够在强信号状态或出现强的非期望阻塞信号时提供高选择性并且因此提供高互调截取性能。 [0027] 在第一实施例中，电路包括：复合入射信号的放大器；用于检测复合入射信号的平均或峰值功率的构件；用于改变放大器的参数(例如，噪声系数、二阶和三阶截点、1-dB压缩点、放大器限幅电平等)的构件；以及用于响应检测到的信号幅度而以预测方式控制这些参数的构件。 [0028] 已知，现有技术(例如，共基极或共发射极放大器的标准配置，其中可运用或不运用反馈线性化)使放大器使用相当大的DC功率来同时实现优选性能级别的噪声系数和互调截取。与竞争技术相比，本发明的实施例使得能够实现如下电路，该电路在较低DC功率消耗工作的同时提供在其上预定性能标准得以满足的、改善的工作动态范围。 [0029] 现有技术的不足之处在于，增加负反馈也会使噪声系数恶化。在本发明的一个实施例中，响应检测到的RF功率通过例如增加的负反馈来动态地调整电路性能，从而允许对高输入RF信号功率电平进行处理。检测器被设计成检测RF功率电平的平均值或峰值，它可以是接收机设计领域的技术人员公知的标准类型。 [0030] 负反馈的调整取决于期望的反馈类型。一个这样的反馈是通过提供反馈电流来实现的。该反馈电流的幅值可通过简单、公知的操控装置(steering arrangement)来改变，由此某些电流用于反馈而某些则不用于反馈。通过改变操控(steering)，可改变反馈量。反馈是这样的，即，越多的负反馈在放大器中产生越大的线性度。 [0031] 在另一实施例中，通过在放大器中提供更高的驻流(standingcurrent)，即，施加用于实现预定性能级别的DC电流，来动态调整电路性能。因为在放大器电流不足之前，可将更大电压摆动施加于给定的负载，所以更高的驻流允许处理高输入RF信号功率电平。当需要更高电流以用于高输入RF功率电平时，提供更高的电流，而当输入RF信号功率不在高级别时，可以减小电流。然而，该实施例中的平均电流将依然低于现有技术中的电流，因为电流将随工作信号状态而随时间改变。通常，已知，较低的放大器电流会产生较小的散弹噪声，由此减少放大器作为噪声源的影响。 [0032] 图1示出采用负反馈的本发明的实施例的框图，其中提供通常来自于天线的RF信号作为LNA 1的输入。LNA 1可以是差分或单端配置的共发射极放大器，但其他放大器配置也可以使用而且对于接收机设计领域的技术人员来说是公知的。LNA 1的输出被提供给电平检测2。电平检测2提供输入到参数调整3。参数调整3可调整以下参数中的一个或多个参数：噪声系数(NF)，二阶或三阶截点(IP2，IP3)，1-dB压缩点，或这些参数的任何组合。 [0033] 图2示出本发明的一个实施例的框图，只是它采用负前馈信号电平检测而不是负反馈。提供通常来自于天线的RF信号作为LNA 1的输入，同时将它提供给电平检测2的输入端。电平检测2提供输入到参数调整3。参数调整3调整LNA 1的工作点以降低LNA 1的噪声系数，或增大LNA 1的截点。在其他方面，图2的实施例与图1的实施例类似地操作。 [0034] 由参数调整3提供的负反馈可以采用多种方式来实现。例如，参考图3，在一个实施例中，负反馈可通过从放大器的输出至放大器的输入的电阻反馈来实现。也可以使用前馈实施例(未示出)。参数调整3可通过以下方法形成：使用操控电路(steering circuit)8来独立地操控至少两个独立的电阻反馈网络中的电流，由此产生由第一电阻反馈网络6设置的第一反馈和由第二电阻反馈网路7设置的第二反馈。通过上述多个电阻反馈网络来操控的电流之间的比率经过调整，从而提供由例如第一反馈6和第二反馈7的组合形成的可调负反馈。由参数调整3提供的负反馈调整LNA 1的工作点，以便降低LNA 1的噪声系数或增大截点。随着负反馈量的增加，LNA 1的信号处理能力也会增强，但是LNA 1的噪声系数将会恶化。随后，将LNA 1的输出提供给RF接收机的剩余部分中的下游元件。 [0035] 图4示出采用负反馈的本发明的实施例的框图，其中将参数调整3描绘为是可调DC电流源4和电阻器5的并联组合。电阻器5提供下文将更详细论述的线性电阻Re。在这个实施例中，响应电平检测2而改变至少由可调DC电流源4提供的驻流，由此在低接收信号状态下，施加低驻流以将晶体管散弹噪声减至最小，其中散弹噪声与驻流成比例。另外，负反馈可能很小，由此将负反馈对LNA 1的加性噪声和噪声系数的影响减至最小。这之所以可以实现是因为，在小负反馈的状态下，互调截取与负回授反馈(degenerative feedback)成比例。之所以有这种比例性是因为，线性度是由非线性的LNA 1和线性的外部设备间的电压降之比来设置的。设备的非线性电阻与设备中的电流成反比，所以增大电流将增加线性度。 [0036] 尽管图4示出了负反馈，但在备选实施例中，可以采用负前馈，其中对放大前的接收信号进行处理并提供给LNA。 [0037] 在高接收信号状态下，施加高驻流，由此增加负回授反馈与re之比，其中re的定义为放大器的传递系数(transmittance)的倒数(即，re＝1/gm)。作为增加该比率的结果，可增加放大器的互调截取和信号处理能力。这是因为，传递系数放大器(transmittance amplifier)(即，电压-电流转换器)的线性度与负回授电阻(即，发射极端子上的固定电阻)和放大器传递系数的倒数(即，re)的比值成比例。这是与阈值电压Vt相关的基本特性。这种关系使得，由例如可调DC电流源4和电阻器5设置的驻流越大，其造成的跨导(gm)也越大，并且由此减小re。更低的re促使比值Re/re增加，其中Re是由电阻器5提供的电阻，从而改善了对大信号的信号处理。这是因为，re是非线性电阻，而Re是来自电阻器5的线性电阻，所以如果re减小，那么线性度会增加。 [0038] 本公开不限于本申请中描述的特定实施例，这些实施例用作对各个方面的说明。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离其精神和范围的情况下，可以做出多种修改和改变。除了本文列举的方法和装置以外，根据前面的描述，本领域技术人员将明白在本公开范围之内的功能等同的方法和装置。这些修改和改变都落入所附权利要求的范围之内。本公开仅受所附权利要求以及赋予这些权利要求的所有等同物的整个范围的限制。将理解，本公开并不限于特定方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，这些当然都是可变的。 还将理解，本文所用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而不是有意限制。 [0039] 关于本文中基本上任何的复数和/或单数术语的使用，当适合上下文和/或应用时，本领域的技术人员可以将复数解释为单数和/或将单数解释为复数。为清楚起见，本文对各种单数/复数变换进行清楚地阐述。 [0040] 本领域的技术人员将理解，一般来说，本文所用的术语、特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体部分)中所用的术语通常是“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应该理解为“包括但不受限于”，术语“具有”应该理解为“至少具有”，术语“包括了(includes)”应该理解为“包括了但不受限于”，等等)。本领域的技术人员还将理解，如果所引入的权利要求叙述物的具体数字是有意图的，那么在权利要求中将会明确地叙述这个意图，在没有这种叙述时则没有这种意图。例如，为了帮助理解，所附权利要求可包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求叙述物。然而，这些短语的使用不应解释为暗示，通过不定冠词“一(a)”或“一个(an)”引入权利要求叙述物时将包含该所引权利要求叙述物的任何特定权利要求限于仅包含一个这样的叙述物的实施例，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一”或“一个”的不定冠词时也是如此(例如，“一”和/或“一个”应解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；对于用于引入权利要求叙述物的定冠词的使用来说同样如此。另外，即使明确叙述了所引权利要求叙述物的具体数字，本领域的技术人员将认识到，这样的叙述应当解释为表示至少是所叙述的数字(例如，在没有其他修饰语的情况下，“两个叙述物”的纯粹叙述表示至少两个叙述物、或两个或更多个叙述物)。而且，在那些使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的习语的例子中，通常这样的结构意指本领域的技术人员所理解的该习语的意思(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”包括但不限于仅有A、仅有B、仅有C、有A和B、有A和C、有B和C、和/或有A、B和C等等的系统)。在那些使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的习语的例子中，通常这样的结构意指本领域的技术人员所理解的该习语的意思(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”包括但不限于仅有A、仅有B、仅有C、有A和B、有A和C、有B和C、和/或有A、B和C等的系统)。本领域的技术人员还将理解，无论是在说明书、权利要求还是附图中，给出两个或更多个备选项的实际上任何转折词和/或短语应理解为预期到包括这些项中的一个、这些项中的任意一个或两个项的可能性。例如，短语“A或B”将理解为包括“A”、或“B”或“A和B”这几种可能。 [0041] 另外，在用Markush群组描述本公开的特征或方面时，本领域技术人员将认识到，进而也是以Markush群组的任何个别成员或成员子群组来描述本公开。 [0042] 本领域技术人员将理解，出于任何和所有目的，例如在提供书面描述方面，本文公开的所有范围也涵盖其任何和所有可能的子范围和子范围的组合。所列出的任何范围被简单地认识为是充分描述该范围并使该范围能够分解为至少相等的二等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性实例，可将本文论述的每个范围容易地分解为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域技术人员还将理解，诸如“多达”、“至少”、“大于”、“少于”等所有语言包括所叙述的数字，并且指可如上所述随后分解为子范围的范围。最后，本领域技术人员将理解，范围包括每个个别成员。因此，例如，具有1-3个单元的群组指的是具有1个、2个或3个单元的群组。相似地，具有1-5个单元的群组指的是具有1个、2个、3个、4个或5个单元的群组，等等。 [0043] 虽然本文公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明而不是限制，其真实范围和精神由随附权利要求指示。 |
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