Малошумящий усилитель и вспомогательная монолитная интегральная схема для этого усилителя

Малошумящий усилитель и вспомогательная монолитная интегральная схема для этого усилителя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к малошумящим усилителям (МШУ) и, в частности, к вспомогательным монолитным интегральным схемам (ИС), включаемым в состав МШУ для управления, в частности, смещением полевых транзисторов (ПТ), предусмотренных в МШУ для обработки принимаемых сигналов.

Уровень техники

МШУ относятся к хорошо известному типу электронных усилителей, используемых в системах связи для усиления слабых сигналов, принимаемых антенной. Усилитель обычно устанавливают на антенне, причем его конструкция обеспечивает добавление крайне малого количества шумов к принимаемому сигналу. МШУ усиливает принятый сигнал до уровня, требуемого последующим приемным оборудованием, с которым соединен МШУ. МШУ также называют антенными усилителями сигнала.

Одно из известных применений МШУ заключается в приеме и усилении сигналов спутников непосредственного телевещания (СНТВ), причем МШУ, приспособленные для такого применения, называют МШУ СНТВ. МШУ СНТВ обычно содержит несколько полевых транзисторов (которые могут быть арсенид-галлиевыми ПТ), предназначенных для обработки радиочастотных (РЧ) сигналов. Например, МШУ СНТВ может быть приспособлен для приема сигналов, которые имеют две разные поляризации, причем для выбора поляризации входного сигнала для усиления и передачи присоединенному далее оборудованию могут использовать два ПТ. Кроме того, ПТ могут быть собраны в схему активного смесителя, в которую вводят входной радиочастотный сигнал, причем сигнал от гетеродина МШУ управляет затвором или стоком ПТ. В таком случае схема активного смесителя может выводить (т.е. извлекать) сигнал промежуточной частоты.

МШУ СНТВ обычно необходимы для детектирования радиочастотных сигналов крайне низкого уровня в широком частотном диапазоне и обеспечения межканальной изоляции высокого уровня. Они также должны обеспечивать возможность усиления принимаемых сигналов с добавлением пренебрежимо малого шума и возможность управления выбором различных поляризаций входного сигнала (как описано выше). Известны решения, в которых МШУ управляется для переключения диапазонов, что обеспечивает возможность приема и обработки сигналов в расширенном частотном диапазоне. Известные МШУ могут быть использованы для понижающего преобразования, т.е. способны принимать входной сигнал на определенной частоте и выводить соответствующий выходной сигнал более низкой частоты. Другая особенность известных МШУ СНТВ заключается в кабельном питании, т.е. конфигурации, в которой питание и сигналы управления МШУ подают по тому же радиочастотному кабелю, по которому радиочастотные выходные сигналы МШУ поступают в подключенное к нему оборудование (например, декодер каналов спутникового телевидения, set top box).

В прошлом МШУ СНТВ обычно содержали несколько отдельных модулей электронных схем, расположенных на печатной плате; в число таких модулей входили модуль, обеспечивающий осуществление операций управления смещением и защиты ПТ; модуль, предназначенный для выработки отрицательного напряжения питания, используемого в управлении ПТ; модуль, предназначенный для определения уровня входного постоянного напряжения для использования в управлении сменой поляризации; модуль, предназначенный для определения входного переменного напряжения для использования в управлении переключением частотных диапазонов; модуль, предназначенный для управления переключением питания гетеродинов; и модуль, предназначенный для обеспечения управляемого электропитания. Размещение таких многочисленных отдельных модулей в известных МШУ требовало использования печатных плат сравнительно большой площади, причем модули занимали до 50 или более процентов суммарной площади печатной платы МШУ. Это увеличивало общую стоимость МШУ, причем увеличение стоимости было связано не только с изготовлением отдельных компонентов и печатной платы (обычно изготавливаемой из дорогостоящих материалов с низкими потерями в радиочастотном диапазоне), но и с затратами на материалы корпуса МШУ (сплавы и пластмассы).

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предусмотрен малошумящий усилитель (МШУ), содержащий:

множество полевых транзисторов (ПТ) для обработки сигналов, принимаемых усилителем;

вход питания для получения электропитания, необходимого для работы МШУ; и

вспомогательную монолитную интегральную схему (ИС),

причем вспомогательная монолитная ИС содержит:

цепь управления ПТ для отслеживания и управления током стока каждого из ПТ;

цепь выбора ПТ для определения уровня постоянной составляющей напряжения сигнала, подаваемого на вход питания, и подачи сигнала выбора ПТ на цепь управления ПТ в соответствии с определенным уровнем постоянной составляющей, причем цепь управления ПТ выполнена с возможностью отключения одного из двух указанных ПТ в ответ на сигнал выбора ПТ;

цепь регулятора напряжения, соединенную с входом питания и выполненную с возможностью формирования регулируемого выходного напряжения из напряжения сигнала для подачи на вход питания; и

цепь генератора отрицательного напряжения питания, подсоединенную для получения регулируемого выходного напряжения и выполненную с возможностью формирования отрицательного напряжения питания из регулируемого выходного напряжения и подачи отрицательного напряжения питания на цепь управления ПТ, причем цепь управления ПТ выполнена с возможностью использования отрицательного напряжения питания для подачи отрицательного управляющего напряжения на затворы ПТ.

Вход питания может представлять собой выход сигналов, например выход радиочастотных сигналов, причем МШУ предназначен для вывода через указанный выход усиленных сигналов, подаваемых на приборы, соединенные с выходом сигналов.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ПТ представляют собой арсенид-галлиевые ПТ.

МШУ может дополнительно содержать средства регулировки токов стока указанных ПТ, причем такие средства регулировки могут содержать резистор, сопротивление которого определяет величину токов стока ПТ. Величина данного тока может быть зафиксирована в процессе проектирования или установлена в процессе изготовления МШУ (для определения коэффициента усиления, IP3 и т.д.). В некоторых вариантах осуществления резистор может быть соединен с землей и с цепью управления ПТ.

В некоторых вариантах осуществления изобретения цепь управления ПТ выполнена с возможностью управления током стока, напряжением стока, током затвора и напряжением затвора каждого из ПТ.

Генератор отрицательного напряжения питания может обеспечивать подачу отрицательного напряжения питания, по меньшей мере, на один компонент МШУ, расположенный вне вспомогательной монолитной ИС. В число таких внешних компонентов входят дублирующие активные смесители, вспомогательные элементы гетеродинов типа MIMIC (millimeter wave monolithic integrated circuit, монолитные интегральные схемы диапазона СВЧ) и т.п.

Цепь регулятора напряжения может быть выполнена с возможностью подачи всего электропитания, необходимого для работы компонентов МШУ, расположенных вне вспомогательной монолитной ИС.

МШУ может дополнительно содержать два гетеродина, причем вспомогательная монолитная ИС может дополнительно содержать:

цепь определения переменной составляющей сигнала, выполненную с возможностью определения переменной составляющей напряжения сигнала, подаваемого на вход питания, и выдачи сигнала определения переменной составляющей, соответствующего определенной переменной составляющей; и

цепь управления гетеродинами, выполненную с возможностью приема сигнала определения переменной составляющей и избирательного управления одним из двух гетеродинов в соответствии с полученным сигналом определения переменной составляющей.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предусматривается сигнал управления гетеродинами с возможностью избирательного управления гетеродинами путем избирательного переключения подачи электропитания на гетеродины.

Гетеродины могут представлять собой гетеродины типа MIMIC, для работы каждого из которых необходим сигнал управления затвором, причем цепь управления гетеродинами может избирательно управлять гетеродинами путем переключения сигнала управления затвором. Гетеродины типа MIMIC представляют собой крайне простые интегральные схемы, обычно состоящие из двух арсенид-галлиевых ПТ, оптимизированных для использования в осцилляторах.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предусмотрен выбор работы гетеродина для определения рабочей полосы частот МШУ.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предусмотрена цепь управления ПТ с возможностью ограничения тока стока в состоянии неисправности. Например, цепь управления ПТ может быть выполнена с возможностью ограничения увеличения тока стока в состоянии неисправности величиной, не превышающей 20%.

Состояние неисправности может представлять собой, например, короткое замыкание затвора ПТ; короткое замыкание стока ПТ; любую другую неисправность нагрузки цепи.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ПТ имеют соответствующие номинальные напряжения, а цепь управления ПТ выполнена с возможностью подачи на ПТ напряжений управления затворами и регулировки каждого из напряжений управления затвором так, чтобы оно находилось в пределах номинального напряжения соответствующего ПТ.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в число двух ПТ, избирательно отключаемых цепью управления ПТ в ответ на сигнал цепи выбора ПТ, входят первый ПТ, установленный с возможностью обработки принятого сигнала, имеющего первую поляризацию, и второй ПТ, установленный с возможностью обработки принятого сигнала, имеющего вторую поляризацию, причем цепь выбора ПТ путем избирательного отключения первого или второго ПТ управляет тем, сигнал какой поляризации усиливает МШУ.

Цепь управления ПТ может быть выполнена с возможностью отключения выбранного ПТ путем подачи на затвор напряжения, полностью перекрывающего ток стока данного ПТ.

Цепь управления ПТ также может быть выполнена с возможностью отключения питания стока выбранного для отключения ПТ (т.е. вывод стока является разомкнутой цепью, что позволяет соединять стоки активных и неактивных ПТ).

В альтернативном варианте цепь управления ПТ может быть выполнена с возможностью отключения выбранного ПТ путем отключения питания стока этого ПТ и подачи напряжения на затвор данного ПТ для его перевода в состояние низкого сопротивления.

В некоторых вариантах осуществления изобретения цепь выбора ПТ содержит средства подавления сигналов помех в напряжении сигнала, подаваемого на вход питания в дополнение к постоянной составляющей. Такие средства подавления сигналов помех могут содержать, по меньшей мере, фильтр или цепь задержки.

Цепь определения переменной составляющей сигнала может содержать средства подавления сигналов помех в напряжении сигнала, подаваемого на вход питания в дополнение к переменной составляющей.

Средства подавления сигналов помех цепи определения переменной составляющей сигнала могут содержать, по меньшей мере, фильтр, или детектор уровня, или детектор модуляции, или цепь задержки.

В некоторых примерах цепь регулятора напряжения содержит средства защиты от перегрева (т.е. в случае наступления состояния перегрева вывод регулятора отключают или устанавливают на ноль).

Цепь регулятора напряжения может содержать средства защиты от перегрузки по току (т.е. нагрузка, превышающая заранее установленное предельное значение, должна вызывать падение выходного напряжения регулятора, что позволяет сохранить уровень выходного тока в безопасных пределах).

Следует понимать, что МШУ по изобретению в самом широком толковании не ограничивается использованием определенного типа цепи регулятора напряжения. Другими словами, в вариантах осуществления изобретения могут быть использованы цепи регулятора напряжения различных типов. Например, в цепи регулятора напряжения может быть использована технология линейного регулятора. В некоторых вариантах осуществления изобретения в цепи регулятора напряжения может быть использована технология импульсного преобразования (т.е. цепь может содержать импульсный преобразователь). В импульсном преобразователе в качестве элемента или элементов первичного преобразования энергии могут использоваться катушка или катушки индуктивности. В альтернативном варианте в качестве элемента или элементов первичного преобразования энергии импульсного преобразователя могут использоваться конденсатор или конденсаторы.

МШУ может содержать калибровочный резистор, установленный вне вспомогательной монолитной ИС с возможностью протекания калибровочного тока, и цепь управления ПТ может быть выполнена с возможностью контроля величины тока стока, по меньшей мере, одного из ПТ и контроля величины калибровочного тока при помощи пары транзисторов, причем один транзистор из пары установлен с возможностью протекания через него тока стока, а второй транзистор установлен с возможностью протекания через него калибровочного тока. При этом цепь управления может быть выполнена с возможностью осуществления сравнения токов ПТ и контрольного калибровочного и выработки сигнала управления затвором, который обеспечивает соответствие тока ПТ калибровочному току.

В некоторых вариантах осуществления изобретения токи, протекающие через пару транзисторов, пропорционально уменьшены (т.е. контрольный ток ПТ в установленное число раз меньше действительного тока ПТ), что позволяет использовать калибровочный ток, гораздо меньший тока ПТ, в то же время обеспечивая точное управление последним.

Цепь управления ПТ может быть выполнена с возможностью обеспечения независимого управления токами стоков и напряжениями затворов, по меньшей мере, двух из ПТ.

В некоторых вариантах осуществления изобретения МШУ содержит ПТ, предусмотренный в качестве смесителя (т.е. используемый в конфигурации смесителя). При этом цепь управления ПТ может быть выполнена с возможностью обеспечения независимого управления током стока и напряжением затвора ПТ смесителя.

МШУ может дополнительно содержать резистор калибровки смесителя, установленный вне вспомогательной монолитной ИС с возможностью протекания калибровочного тока смесителя, причем цепь управления ПТ выполнена с возможностью обеспечения контроля величины тока калибровки смесителя.

Цепь управления ПТ может быть выполнена с возможностью обеспечения контроля величины тока стока ПТ смесителя и тока калибровки смесителя при помощи пары транзисторов, установленных с возможностью протекания через них соответствующих токов.

В некоторых вариантах осуществления изобретения МШУ содержит первый, второй, третий и четвертый ПТ, причем цепь управления ПТ выполнена с возможностью обеспечения избирательного отключения первого и второго ПТ в соответствии с определенным уровнем постоянной составляющей, а четвертый ПТ установлен с возможностью использования в конфигурации смесителя. Третий ПТ может быть использован в конфигурации усилителя.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предусмотрена вспомогательная монолитная ИС по п.38 формулы изобретения.

МШУ согласно изобретению могут представлять собой МШУ сигналов спутников непосредственного телевещания (СНТВ).

Следует понимать, что некоторые варианты осуществления настоящего изобретения имеют преимущество в том, что интеграция всех функций подачи питания и низкочастотных (НЧ) функций в одной монолитной ИС позволяет значительно уменьшить стоимость МШУ СНТВ.

Интеграция всех НЧ-функций в единой ИС обеспечивает значительную экономию площади печатной платы за счет исключения соединений между приборами. Дальнейшая экономия может быть получена в результате устранения потребности во вспомогательных компонентах путем совершенствования конкретных решений.

Другие достоинства вариантов осуществления изобретения станут ясны из последующего описания.

Краткое описание чертежей

Далее следует описание вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенное со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют примеры осуществления изобретения.

На фиг.1 схематично представлена часть МШУ СНТВ по изобретению.

На фиг.2 представлена более подробная блок-схема компонентов МШУ СНТВ по другому варианту осуществления изобретения.

На фиг.3, a, b представлена принципиальная схема цепи регулировки смещения ПТ в составе монолитной вспомогательной ИС по изобретению.

На фиг.4 представлена принципиальная схема детектора поляризации, интегрированного в монолитную вспомогательную ИС по варианту осуществления изобретения.

На фиг.5 представлена принципиальная схема генератора отрицательного напряжения питания в составе монолитной вспомогательной ИС по изобретению.

На фиг.6 представлена схема стандартного электронного (n-канального) МОП-транзистора.

На фиг.7 представлена схема структуры изолированного электронного (n-канального) МОП-транзистора, используемого в вариантах осуществления изобретения.

На фиг.8, a, b представлена принципиальная схема детектора тональных сигналов в составе монолитной вспомогательной ИС по изобретению.

На фиг.9 представлена принципиальная схема регулятора мощности в составе монолитной вспомогательной ИС по изобретению.

На фиг.10 представлена принципиальная схема генератора эталонного напряжения и напряжения смещения в составе монолитной вспомогательной ИС по изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 проиллюстрирована часть малошумящего усилителя сигналов спутника непосредственного телевещания (МШУ СНТВ) по изобретению, который содержит вспомогательную монолитную интегральную схему (СУ) 1, которая сама по себе также составляет предмет изобретения. Помимо вспомогательной ИС 1, МШУ также содержит несколько внешних компонентов, в число которых входят четыре полевых транзистора (ПТ) F1, F2, F3 и F4 и два калибровочных резистора R1 и R2. Электроэнергию питания МШУ подают на разъем 10 входа питания, причем вспомогательная ИС 1 содержит регулятор 4 напряжения, выполненный с возможностью формирования регулируемого подаваемого напряжения из входа питания для запитывания компонентов как в состав интегральной схемы, так и вне ее. Вспомогательная ИС 1 содержит цепь 2 управления ПТ, которая выполнена с возможностью контроля и управления токами стоков каждого из ПТ и, в общем случае, установки величины смещения (выраженную через токи смещения и напряжение смещения) для всех внешних ПТ. Цепь 2 управления ПТ можно представить как содержащую первую, вторую и третью цепи 21, 22 и 23, выполненные с возможностью управления смещением соответственно ПТ F1, F2 и F3. Четвертая цепь 24 управляет смещением ПТ F4, установленного в структуре смесителя (не представленного на схеме), предназначенного для приема входного радиочастотного сигнала и сигнала одного из гетеродинов МШУ (гетеродины на схеме не представлены) и выработки сигнала промежуточной частоты. Цепь управления ПТ также содержит цепь 25 управления током смещения ПТ, которая осуществляет управление током смещения ПТ F1, F2 и F3. Цепь 25 управления током соединена с внешним калибровочным резистором R1, через который протекает калибровочный ток. Цепь 25 управления током регистрирует такой калибровочный ток; данное свойство подробнее описано ниже. Цепь управления ПТ также содержит цепь 26 управления током смещения смесителя, которая предназначена для измерения калибровочного тока смесителя, протекающего через второй калибровочный резистор R2, и обеспечивает независимое управление током смещения через ПТ F4 смесителя.

Вспомогательная монолитная ИС 1 также содержит цепь 3 управления поляризацией, которую также можно назвать цепью выбора ПТ. Цепь 3 предназначена для определения уровня постоянной составляющей напряжения сигнала, подаваемого на вход 10 питания, и выдачи цепи 2 управления ПТ сигнала управления выбором ПТ в соответствии с определенным уровнем постоянного напряжения. В приведенном примере цепь 3 управления поляризацией включает один из двух ПТ, F1 или F2 (что, разумеется, также можно представить как выборочное отключение одного из двух ПТ), в зависимости от определенного уровня постоянного напряжения на входе 10 питания. ПТ F1 установлен с возможностью обработки входных сигналов МШУ с одной поляризацией, а второй ПТ F2 установлен с возможностью обработки сигналов с другой поляризацией. Таким образом, цепь 3 управления поляризацией может определять поляризацию входного сигнала, обрабатываемого МШУ, в соответствии с постоянной составляющей напряжения, поданного на вход 10 питания. В некоторых примерах данный вход питания также является радиочастотным выходом МШУ, и составляющую постоянного напряжения, используемую для выбора поляризации сигнала, подает в МШУ оборудование, присоединенное к нему далее по схеме. Вспомогательная монолитная ИС также содержит цепь 5 генератора отрицательного напряжения питания, выполненную с возможностью формирования отрицательного напряжения питания с использованием регулируемого выходного напряжения из регулятора 4. Отрицательное напряжение питания подают в цепь управления ПТ, которая, в свою очередь, может подавать отрицательное напряжение управления внешними ПТ. В некоторых вариантах осуществления изобретения генератор 5 отрицательного напряжения питания также используют для подачи отрицательного напряжения питания на другие компоненты МШУ, являющиеся внешними относительно вспомогательной ИС 1.

Вспомогательная ИС 1 по фиг.1 также содержит цепь 6 детектора тональных сигналов, выполненную с возможностью определения наличия или отсутствия переменной составляющей управления (т.е. тонального сигнала управления) в сигнале, подаваемом на вход 10 питания. В свою очередь, детектор 6 тональных сигналов подает сигнал определения на цепь 7 включения питания гетеродина, которая подает регулируемое напряжение питания с регулятора 4 напряжения на один из двух выходных разъемов 71, 72 в зависимости от наличия или отсутствия тонального сигнала управления. Разъем 71 предназначен для подачи питания на высокочастотный гетеродин, предусмотренный в составе МШУ, а разъем 72 подает питание на второй, низкочастотный, гетеродин.

Ниже следует более подробное описание МШУ по фиг.1. Как было указано выше, на фиг.1 представлена блок-схема единого универсального МШУ 100 СНТВ, который содержит полностью монолитную вспомогательную ИС 1. В число модулей входят модуль 2 управления ПТ (обеспечивающий управление смещением и настройку токов ПТ), модуль 3 управления переключением поляризации, генератор 5 отрицательного напряжения питания, детектор 6 тональных сигналов, выключатель 7 гетеродинов, а также регулятор 4 внутреннего эталонного напряжения и мощности.

Цепи управления смещением ПТ обеспечивают защиту и управление работой нескольких арсенид-галлиевых полевых транзисторов (ПТ) F1-F4, необходимых для обработки радиочастотных сигналов, частота которых в некоторых вариантах осуществления изобретения может составлять от 5 до 15 ГГц. Данные ПТ, работающие в режиме обеднения, требуют точной регулировки напряжения, подаваемого на стоки, контроля токов стоков и управления ими, а также защищенных от перегрузок по току и напряжению систем управления затворами, способных выдавать напряжение ниже уровня потенциала заземления.

Для обеспечения возможности управления шумовыми характеристиками и усилением пользователь обычно должен иметь возможность управления рабочим током стока ПТ. Варианты осуществления настоящего изобретения отчасти повторяют более ранние решения с частичной интеграцией элементов, позволяя пользователю устанавливать ток стока при помощи одного внешнего резистора R1 (также обозначаемого RcalA), который устанавливает калибровочный ток. Однако опыт применения таких известных интегрированных решений показывает, что согласование резисторов контроля (высокого) тока стока со средствами контроля (малого) калибровочного тока требует использования чрезмерно крупных внутренних компонентов. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для осуществления операции согласования используют секционированные биполярные транзисторы или полевые МОП-транзисторы (MOSFET), что приводит к значительной экономии размеров поверхности кристалла без потерь точности.

Рабочие характеристики многих типов МШУ СНТВ требуют возможности выбора одной из двух поляризаций входного сигнала; как правило, речь идет о выборе между вертикальной и горизонтальной поляризациями или между правой и левой круговыми поляризациями (соответственно по часовой стрелке и против часовой стрелки). Для этого используют выборочное включение одного из двух входных ПТ усилителя (каждый из которых принимает и усиливает сигналы лишь одной поляризации). Выходные сигналы обоих ПТ суммируют и подают в следующую цепь радиочастотного усилителя. Включение и отключение данных цепей представляет собой сложную операцию, т.к. для поддержания изоляции (между сигналами с разной поляризацией), а также уровня усиления и шумовых характеристик необходимо точное поддержание/регулирование входного и выходного радиочастотного импеданса. Для обеспечения возможности такой селекции в вариантах осуществления изобретения были разработаны два варианта конструкции. В соответствии с первым методом, используемым в вариантах осуществления изобретения, нежелательную поляризацию отбрасывают путем установки на затворе соответствующего ПТ большого, но управляемого отрицательного напряжения, что приводит к полному прекращению тока стока данного элемента. Питание стока также отключают, что позволяет складывать сигналы с разной поляризацией при помощи прямого соединения двух стоков. В соответствии со вторым вариантом, используемым в альтернативных вариантах осуществления изобретения, сигналы с нежелательной поляризацией также отключают путем отключения питания стока, но при этом на затворе соответствующего ПТ устанавливают напряжение, равное 0 В. Поскольку ПТ работает в режиме обеднения, он при этом переходит в состояние низкого сопротивления (а не в состояние открытой цепи, как в случае использования первого метода). Данный альтернативный метод управления поляризацией обеспечивает постоянство согласования по импедансу, что может быть предпочтительно с точки зрения разработчиков МШУ. Управление поляризацией в МШУ СНТВ может быть осуществлено путем изменения постоянного напряжения питания, подаваемого по нисходящему радиочастотному кабелю. Обычно уровни входного напряжения при выборе одной из двух поляризаций составляют 13 В или 18 В. Интегрирование модуля управления источником питания во вспомогательную ИС по вариантам осуществления изобретения позволяет получить поляризованный сигнал без установки на модуле дополнительных входных выводов. Для обеспечения возможности такой экономии в вариантах осуществления изобретения дополнительно обеспечивают эффективную фильтрацию всех нежелательных системных шумов и использование альтернативных сигналов управления без применения каких-либо внешних компонентов. Это представляет собой нетривиальную задачу, т.к. допускаемое падение напряжения в кабелях и неточности работы контроллера могут привести к снижению порогового диапазона сигналов управления до уровня 14,2-15,2 В. Кроме того, данная функция должна работать в присутствии переменных сигналов управления и шумов, амплитуда которых превышает величину остаточного диапазона детектирования. В вариантах осуществления изобретения для разрешения трудной задачи обеспечения точного определения уровня входного постоянного напряжения с использованием интегрированных компонентов приемлемых размеров используют сочетание фильтров и цепей задержки.

Как уже было указано, арсенид-галлиевые усилительные ПТ, используемые в некоторых вариантах осуществления изобретения, работают в режиме обеднения и поэтому требуют управляющего напряжения питания, более низкого (более отрицательного), чем потенциал заземления. Поскольку стандартный кабель подачи радиочастотных сигналов и постоянного напряжения (RF/DC) не может обеспечить подачу такого напряжения, оно должно быть сгенерировано внутри МШУ СНТВ. Вспомогательная ИС по изобретению обеспечивает подачу такого напряжения без использования внешних компонентов. При этом данное напряжение также может быть использовано разработчиком МШУ в других/новых функциях, осуществление которых прямо не обеспечено исходной конструкцией. В некоторых вариантах осуществления изобретения генератор отрицательного напряжения питания использует стандартную схему с емкостной подкачкой заряда. В случае работы на крайне высокой частоте (>1 МГц) он может обеспечить силу тока, достаточную для управления затворами транзисторов и любых внешних приложений без необходимости использования внешней емкости подкачки. В некоторых вариантах осуществления изобретения предусмотрена регулировка выходного напряжения и ограничение силы тока генератора для предотвращения повреждения внешних ПТ чрезмерным напряжением между затвором и истоком или затвором и стоком. Применение новой технологии изолирующей диффузии (описанной ниже) необходимо для интеграции в работу ИС описанного ниже цепи заземления, в котором подложка кристалла соединена с землей. Без применения данных технологий было бы необходимо использование большого количества дополнительных выводов и внешних компонентов.

В некоторых вариантах осуществления изобретения вспомогательные монолитные ИС могут поддерживать МШУ СНТВ, обладающие функцией переключения частотных полос. Для этого включают один из двух гетеродинов. Сигнал, используемый для выбора одной из частотных полос, представляет собой тональный сигнал низкой частоты (например, 22 кГц), складываемый с сигналом постоянного напряжения, подаваемым на МШУ. Таким образом, по нисходящему кабелю питания может быть предусмотрена передача принимаемого радиочастотного сигнала, постоянного напряжения, обеспечивающего питание МШУ и определяющего выбор поляризации, и сигнала переменного напряжения, определяющего выбор частотной полосы. Например, наличие тонального сигнала может соответствовать выбору полосы высоких частот, а его отсутствие - выбору полосы низких частот. Как было указано выше, в кабеле питания могут присутствовать и другие сигналы, используемые для управления работой МШУ. В числе других сигналов могут присутствовать сигналы DiSEqC (Digital Satellite Equipment Control, управление цифровым спутниковым оборудованием), сигналы МАСАВ, тональные сигналы с частотой 60 Гц (все они представляют собой сигналы управления другим оборудованием, которое может использовать тот же кабель питания), а также шумы источника питания и помехи, создаваемые самим МШУ. Необходимо обеспечить надежное выделение требуемого тонального сигнала в присутствии многочисленных источников помех. В некоторых вариантах осуществления изобретения для успешной работы в таких неблагоприятных условиях используют сочетание фильтрации, отбора уровней и детектирования модуляции. Всю обработку сигналов производят без использования каких-либо внешних компонентов. Входящий сигнал поступает со входа питания непосредственно в ИС, так что детектор тональных сигналов не требует дополнительных входных выводов или выводов фильтра.

В некоторых вариантах осуществления изобретения выбор частотной полосы осуществляют включением выключателей высокого напряжения, которые управляют питанием постоянного напряжения двух гетеродинов. В альтернативном варианте для этого также может быть использовано управление затворами элементов MIMIC (монолитной интегральной схемы диапазона СВЧ). Переключение питания гетеродинов может быть связано с определенными затруднениями. Для обеспечения устойчивости радиочастотного сигнала цепи питания гетеродинов должны быть надежно развязаны. Поэтому переключение источников питания приводит к возникновению больших перепадов силы тока при зарядке сглаживающих емкостей. Поскольку такие токи поступают со входа питания постоянного напряжения в МШУ, который обычно имеет плохой (высокий) импеданс источника питания, то переключение гетеродинов может порождать в цепи питания постоянного напряжения большие перепады напряжения. Это может создавать затруднения, т.к. перепады напряжения искажают тот же тональный сигнал, который используют для инициации переключения. В вариантах осуществления изобретения переключение питания гетеродинов осуществляют таким образом, чтобы полностью исключить перепады тока питания. Для этого используют сочетание цепей стробирования, линий задержки и управления временем нарастания сигналов.

Интегрирование регулятора мощности в контроллер МШУ СНТВ (т.е. во вспомогательную монолитную ИС) является важным элементом процесса сокращения числа внешних контактов и соединений между компонентами. Питание, подаваемое на МШУ, представляет собой изменяемые сигналы постоянного напряжения с высоким уровнем шумов и помех. Чтобы использовать такое питание для подачи постоянного напряжения с низким уровнем шума на арсенид-галлиевые ПТ усилителя, гетеродины и установленные после смесителя усилители, предусмотренные в большинстве МШУ, необходим высокопроизводительный регулятор. Такой регулятор должен стабильно работать, обеспечивать очистку от сильных входных шумов (в частности, на частоте 22 кГц) и переносить неисправности (перегрузки по току и перегревы) без необратимых повреждений. В соответствии с настоящим изобретением регулятор соединен с эталонным источником напряжения, который подает калиброванное напряжение на детектор поляризации и регулятор, а также обеспечен функцией обнаружения перегрева. Регулятор выявляет случаи перегрузки по току путем сравнения определенной части выходного тока с внутренним эталонным током. Данная технология избавляет от необходимости установки сопротивлений во входном или выходном каналах с высокими токами, что может привести к ухудшению регулировки выходного сигнала или минимального входного рабочего напряжения.

В некоторых вариантах осуществления изобретения используют вспомогательную монолитную ИС в форме элемента QFN (Quad Flat No-Lead - с плоским квадратным корпусом без выводов) с поверхностным монтажом. Вышеописанное интегрирование всех низкочастотных функций в некоторых случаях позволяет сократить число необходимых внешних разъемов до 16 каналов. Это позволяет обеспечить выполнение всех низкочастотных операций, требуемых в МШУ СНТВ, при помощи небольшого модуля размером 3 на 3 на 0,8 мм. Кристалл ИС установлен в таком элементе на металлическом основании, задняя сторона которого обращена к печатной плате. Основание припаяно к верхнему металлическому слою двухсторонней печатной платы. Обратная сторона печатной платы, смежной с ИС, также должна быть металлизирована, причем два металлических слоя должны быть соединены двумя или более металлизированными сквозными отверстиями. Кроме того, печатная плата должна быть плотно прижата вблизи места установки ИС к корпусу из металлического сплава. Такая конфигурация монтажа обеспечивает достаточно низкое тепловое сопротивление «переход-среда» для рассеивания всей мощности, теряемой в линейном регуляторе источника питания. В описанном варианте осуществления изобретения при использовании данной схемы монтажа было получено тепловое сопротивление «переход-среда» на уровне всего 30°С/Вт.

Более подробная модульная схема примера осуществления изобретения представлена на фиг.2. На схеме представлены основные модули цепей вспомогательной монолитной ИС, используемой в МШУ, и внешние элементы, поддерживаемые ИС или необходимые для ее работы. ИС поддерживает четыре внешних арсенид-галлиевых ПТ: JA1, JA2, JA3 и JM. Два из данных ПТ, JA1 и JA2, используют