溫度補償器件和包括該器件的電子設備的製作方法
2023-05-27 21:30:36 1
專利名稱：溫度補償器件和包括該器件的電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括至少一個具有控制端子和其值作為溫度的函數可變的固有電容結的電晶體的電子設備，所述電晶體與補償器件結合，對所述固有電容結的變化影響予以補償。
本發明特別是大量應用在包括諧振電路在內的電子設備中。
背景技術：
具有幾個其值作為溫度的函數可變的固有電容結的電晶體在現有技術中是已知的。特別是，固有電容之一連接在電晶體的輸入端(雙極電晶體中稱為基極，場效應電晶體中稱為柵極)與輸出端(在雙極電晶體中稱為集電極，在場效應電晶體中稱為漏極)之間。由於密勒效應，這種固有電容的值被電晶體的增益放大，於是與其它固有電容相比變得更佔優勢。這種固有電容隨溫度增大。
雖然這種固有電容的值較小，但是已經證明溫度升高時這種固有電容對電子設備的工作穩定性是不利的，對於包括諧振電路的電子設備尤其如此。實際上，對於諧振電路通常包括電感和稱為非固有電容的電容的並聯的情形，以及諧振電路與電晶體結合的情形，由於與非固有電容耦合，所以固有電容的電容性效應將是累積的。這導致溫度變化時諧振電路所產生的信號頻率發生變化，這涉及到諧振電路的頻率漂移，並且幹擾電子設備的工作。
美國專利6043720公開了一種與補償器件結合併且包括放大電晶體的電子電路，該電晶體的固有電容結作為溫度的函數而變。設置了產生偏置信號的裝置，偏置信號的電平作為溫度的函數而變，該偏置信號修正該電子電路的偏置，補償所述電晶體的固有電容的變化影響。還設置了具有正和負的溫度係數的附加電阻。
這些補償裝置具有一定數量的局限。
實際上，在迄今為止的現有技術文獻中使用的措施都是直接修正振蕩器的偏置參數，這種解決方案存在以下危險，即振蕩器的振蕩條件不再是期望的，導致振蕩器的工作不穩定，甚至導致停機。
另一方面，所使用的這些措施需要對補償參數做較為困難的調整，達到設置大量元件的程度。這種參數的調整對於已有的振蕩器僅是一種額外的保證，因為相同的元件可能各自有微小特徵區別。這意味著必須對每個振蕩器做偏置參數的調整。
此外，由於使用大量的元件，所以就在集成電路中的集成而言，這種解決方案是昂貴和困難的。
發明內容
本發明的目的在於提供一種包括改進的補償器件的電子設備，該補償器件對所述電子設備中使用的電晶體的固有電容的變化予以補償。
為此目的，該補償器件的特徵在於，包括表現為可變電容的裝置組合，所述可變電容作為溫度的函數可變，補償所述影響，所述可變電容與所述固有電容連接。
可變電容的特徵在於，通過可變電容和固有電容的電容性效應的累積，可變電容的變化補償固有電容變化對電子設備工作的影響。
這種解決方案的優點在於，其直接作用於固有電容，而不象已有技術文獻那樣是間接地通過作用於電子設備的偏置參數。實際上，根據本發明的補償器件不作用於構成電子設備的元件的偏置。這樣使得本發明在使用範圍上具有很大的靈活性，即補償器件可以容易地插入電子設備，而不改變偏置參數。這樣提出的解決方案避免了對所述電子設備的工作穩定性的幹擾，而偏置參數的改變會導致這種幹擾。
本發明的特徵還在於裝置的組合包括發生電平作為溫度的函數而變的偏置信號的裝置，被所述偏置信號反向偏置的結，所述反向偏置的結與所述控制端子連接。
所述裝置的組合構成經濟的解決方案，因為只需要少量的元件。
本發明得益於反向偏置的結的特性，並且特別得益於對特定的偏置信號呈現特定的電容。發生裝置與二極體的組合在溫度變化時表現為可變電容。
使用單一的結本身是有利的，因為不需要變容二極體式二極體，這種二極體是昂貴的元件。
這種解決方案的優點還在於，補償器件與電晶體(其固有電容必須被修改)的連接是容易的，因為這種連接是由反向偏置的結與所述電晶體的單一連接構成的。
本發明的特徵還在於發生裝置包括串聯設置的一組結，用於產生其值作為溫度的函數可變的電流，所述可變電流的電流鏡，用於產生所述偏置信號。
這種發生裝置可以產生溫度變化時其幅度按單調方式改變的偏置信號。這些發生裝置是電子工業通用的元件，這是經濟的解決方案。
本發明還涉及具有以上所述特性特徵的補償器件。
本發明還涉及包括至少一個具有以上所述特性特徵的補償器件的集成電路。
本發明特別涉及接收RF信號的調諧器類型的電子設備，所述調諧器包括至少一個具有以上所述特性特徵的補償器件。
調諧器通常包括幾個選擇性濾波器和至少一個振蕩器，所述選擇性濾波器用於在RF輸入信號中選擇特定頻道，所述振蕩器用於向混合器產生信號，以使所述頻道產生頻率漂移。與濾波器相比，振蕩器通常包括電晶體式的有源元件，用於以保持振蕩為目的而產生負電導。利用通過鎖相環(以下表示為PLL)產生的單一可變控制電壓，調節選擇性濾波器和振蕩器的頻率，可用鎖相環來穩定振蕩器產生的信號頻率。
所述電晶體式的有源元件具有隨溫度而變的固有電容。為了防止這種固有電容變化引起振蕩器產生的信號頻率的改變，必須修正PLL所產生控制電壓。
迄今為止這種控制電壓是唯一的，修正的控制電壓也施加於不同的濾波器，結果是用於所述頻道的標稱濾波頻率發生漂移。這種偏移是有害的，不僅是因為涉及濾波器的選擇性降低，而且還因為在如此濾波的信號頻道寬度上的非均勻頻率衰減。
在調諧器中使用根據本發明的補償器件是特別有利的，因為可使所述電晶體的固有電容的變化得以補償，而不需修正控制電壓。當這樣從內部補償振蕩器時，可以避免濾波器的漂移，這導致溫度改變時調諧器的工作有更好的線性。
本發明還涉及包含調諧器的電視信號接收器，該調諧器設置有至少一個具有上述特徵特性的補償器件。
以下將參考實施例，通過非限制性的例子來介紹本發明的這些及其它方案並使之明了。
圖1是根據本發明的補償器件的工作原理圖。
圖2是能夠提供作為溫度的函數而變的偏置信號的電路實施例。
圖3展示了偏置信號溫度的函數而變的實例。
圖4展示了根據本發明的可變電容作為溫度的函數變化的實例。
圖5是與根據本發明的補償器件結合的振蕩器的示意圖。
圖6是與根據本發明的補償器件結合的電路詳圖。
圖7是展示了包含與根據本發明的補償器件結合的振蕩器的調諧器。
圖8展示了包含設置有根據本發明的補償器件的調諧器的電視信號接收機。
具體實施例方式
圖1是根據本發明的補償器件101的工作原理圖。
根據本發明的補償器件101包括用於產生偏置信號Vtemp的裝置102和被上述偏置信號反向偏置的結103。偏置信號Vtemp具有溫度T變化時其電平可變的特性特徵。裝置102和103的結合等效於其值作為溫度的函數可變的電容Cvar。
該電容Cvar與具有其值作為溫度的函數可變的固有電容的電晶體連接時，對上述固有電容的影響予以補償。
結103具體可以對應於二極體、例如肖特基式二極體或者對應於電晶體結。
圖2是能夠提供作為溫度T的函數而變的偏置信號Vtemp的電路實施例。
該電路包括用於產生其值作為溫度的函數可變的電流I的串聯連接的一組結J1-J2-J3-J4。此例中，這些結由基極-集電極結被短路的電晶體構成。值相同的電阻R1pol和R2pol具有偏置不同元件的作用。在與具有的特徵類似於電晶體T1的結的結J1的結合中，電晶體T1構成電流鏡。電晶體T1的發射極電流則等於電流I。電流I經過電阻Rout時可在其兩端產生偏置信號Vtemp。
圖3展示了由圖2所示類型的電路獲得的偏置信號Vtemp作為溫度的函數而變的實例。該偏置信號呈現其電平隨溫度升高時單調增大變化。
圖4展示了一個結被圖3所示偏置信號Vtemp反向偏置時、可變電容Cvar作為溫度的函數變化的實例。溫度升高時該偏置信號Vtemp增大，而溫度升高時可變電容Cv的值降低。
圖5是與根據本發明的補償器件結合的振蕩器OSC的示意電路圖。
振蕩器OSC由無源諧振電路501、有源電路502和通過上述的本發明的補償器件所獲得的可變電容Cvar組成。元件501-502和Cvar並聯連接。
振蕩器的標稱諧振頻率由諧振電路501的頻率、特別是由元件C1-L1確定。諧振電路501包括並聯連接的電感L1、其值作為控制電壓503的函數可變的電容C1、和圖示元件C1-L1的損耗的正電導Glost。控制電壓503的電平變化與電容C1的變化有關，由此可以改變諧振電路501的諧振頻率。
為了保持諧振電路501的振蕩，有源電路502與無源諧振電路501並聯連接。有源電路502可產生負電導Gneg，對電導Glost引起的損耗進行補償。有源電路包括具有隨溫度變化的固有電容的電晶體式的有源元件(未示出)。在考慮的情形中，所述電晶體組合的固有電容的累積等效於固有電容Cj與負電導Gneg的並聯連接，Cj的值隨溫度的升高而增大。
為了避免電容Cj牽扯到諧振電路501的標稱諧振頻率的修改，採用與電容Cj並聯的所述可變電容Cvar來補償電容Cj的變化。將利用電容Cvar的負變化補償電容Cj的正變化。反之，將利用電容Cvar的正變化補償電容Cj的負變化。由於電容Cvar的變化補償了電容Cj的變化，所以不必改變控制電壓503，從而將所述標稱諧振頻率保持在恆定值。
圖6詳細展示了與根據本發明的兩個補償器件602-603結合的電路601。該電路601用於在兩個端子A和B之間產生負電導Gneg，目的是在圖5所示振蕩器中使用。
電路601包括連接構成差分對的第一和第二電晶體T1和T2。在本例中用雙極技術來實現這些電晶體，具有分別構成指令端、轉換端和參考端的基極、集電極和發射極。當然也可以擬用場效應式電晶體來做替換，其柵極、漏極和源極則分別構成控制端、轉換端和參考端。
所述電晶體的轉換端通過負載電阻Rc與電源端Vcc連接，而第一和第二電晶體T1和T2的參考端通過電流源I0共同接地，對差分對提供偏置。該電路還包括設置在電晶體T1的控制端和電晶體T2的轉換端之間的第一電容C1，以及設置在電晶體T2的控制端和電晶體T1的轉換端之間的第二電容C2。電容C1和C2對電晶體的控制端構成負反饋，可在端子A和B之間產生所述負電導Gneg。
當電路501用于振蕩器時，為了補償電晶體T1和T2的固有電容的變化，從而防止標稱諧振頻率的任何漂移，第一補償器件602與電晶體T1結合，第二補償器件603與電晶體T2結合。
補償器件602包括用於產生偏置信號Vtemp的發生器604，通過電阻R1可使結D1被反向偏置。例如，發生器604具有圖2所示的類型。當溫度變化時，利用二極體D1的結所形成的可變電容的變化來補償電晶體T1的固有電容的變化，即由偏置信號Vtemp間接地補償。由於二極體D1被反向偏置，所以這種補償器件並不在電路601中注入任何電流，以致電路601的偏置不被修改。補償器件602和603具有相同的結構，元件D2-R2-605具有的功能與元件D1-R1-604相同。當溫度變化時，利用二極體D2的結所形成的可變電容的變化來補償電晶體T2的固有電容的變化，即由偏置信號Vtemp間接地補償。T1的固有電容與T2的固有電容的結合等效於圖5所示電容Cj，並且被兩個補償器件602-603所補償。
對於偏置信號Vtemp向結D1和D2提供相同的偏置信號，著眼於降低成本，可以考慮僅使用單個發生器。
圖7展示的調諧器包括如圖5所示的振蕩器OSC717並且與如圖6所示的根據本發明的補償器件結合。該調諧器的功能是把RF信號702轉變成為IF輸出信號706。
該調諧器包括濾波裝置701，接收RF信號702並且提供第一濾波信號703。一方面，濾波裝置701使得電平和阻抗與接收裝置704(天線、電纜)匹配，另一方面，在圍繞期望頻道的頻譜的信號702的頻譜中選擇地濾波。濾波後的信號703被放大器705放大，其方式為無論RF信號702的電平如何，IF輸出信號706的幅度都保持恆定。為此目的，調節裝置707可使放大器705提供濾波後的信號703的自動增益控制。濾波裝置708對放大信號709進行濾波，以便加強期望頻道的選擇性，產生輸出信號710。特別是，濾波裝置708可以消除頻譜中的圖像頻率。該調諧器還包括混頻器711，用於把RF輸入信號710轉變成為IF輸出信號712。混頻器711接收振蕩器717發生的輸出信號713，振蕩器717受控制電壓719的控制。混頻器711將輸入信號710與涉及信號710的頻率漂移的所述輸出信號713相乘。其頻率等於信號713和710的頻率之差的IF信號712被濾波裝置714濾波，以便衰減RF殘餘並且產生濾波後的IF信號715。特別是，濾波裝置714衰減來自混頻器711的剩餘頻率，以及來自與期望頻道相鄰的那些頻道並且未被濾波裝置701和708完全消除的剩餘頻率。濾波後的IF信號715隨後被放大器716放大，以便產生所述IF輸出信號706。通過向振蕩器717提供可變電平的控制電壓719，鎖相環式(PLL)的控制裝置718可以控制濾波裝置701和708的中心頻率，保證信號713的頻率的穩定性。
使用根據本發明的補償器件是特別有利的，因為其可以補償電晶體的固有電容的變化，由此可以產生振蕩器717的負電導，而無需修改控制電壓719。這樣防止了濾波裝置701和708的頻率漂移，以使溫度變化時調諧器具有更好的工作線性度。
圖8展示了接收電視信號的電子設備，包括設置有根據本發明的補償器件的調諧器。
該電子設備用於RF信號803的接收，其轉換成為IF信號804，以及信號804通過解調裝置806的解調，產生解調的輸出信號805。迄今為止，RF信號803可以包括根據模擬技術調製的頻道和根據數位技術調製的頻道，調諧器802是混合式的。
該設備801例如是用於接收通過電纜網絡807傳輸的RF視頻信號803的機頂盒式的。由根據本發明的調諧器提供的IF信號804隨後被處理裝置806放大和解調，目的在於通過顯示裝置808觀看視頻節目。
在另一實施例中，顯示裝置808形成用於構成電視機的設備801的內置部分。
針對向形成電子組件的一部分的非固有電容增加其值隨溫度升高而增加的固有結電容的情況，說明了本發明。如上所述，根據本發明的可變電容Cvar提供了值降低的變化，用於實現補償，通過產生具有增大值的偏置信號Vtemp，可以進行補償。
可以設想一種電子組件，其中從非固有電容減去固有電容。在這種情形，根據本發明的可變電容Cvar必須具有值增大的變化，用於實現補償，這可以通過產生值減小的偏置信號Vtemp來實現。換言之，在這種情形，可變值的電容Cvar必須具有與所述固有電容相同的變化量，以便實現對組件的補償。為此目的，並且不偏離本發明的範圍，本領域的技術人員能夠使用偏置裝置來產生其值隨溫度的升高而降低的偏置信號。例如，可以通過設置在圖2所示的組件輸出的變換放大器來獲得這種偏置信號，或者從設置在電晶體T1的發射極與電源Vcc之間的分壓橋的輸出獲取這種偏置信號。
已在補償雙極式電晶體的固有電容的範圍內說明了本發明。但是，在不脫離本發明範圍的條件下，本發明也可以用於補償場效應電晶體的固有電容的範圍，只要後者也具有與雙極電晶體相同的固有電容即可。
權利要求
1.一種電子設備，包括至少一個具有控制端子和其值作為溫度的函數可變的固有電容結的電晶體，所述電晶體與補償器件結合，對所述固有電容結的變化影響予以補償，其特徵在於，所述補償器件包括表現為可變電容的裝置組合，所述可變電容作為溫度的函數變化，補償所述影響，所述可變電容與所述固有電容連接。
2.根據權利要求1的電子設備，其特徵在於，所述裝置組合包括發生電平作為溫度的函數而變的偏置信號的裝置，被所述偏置信號反向偏置的結，所述反向偏置的結與所述控制端子連接。
3.根據權利要求2的電子設備，其特徵在於，所述發生裝置包括串聯設置的一組結，用於產生其值作為溫度的函數可變的電流，所述可變電流的電流鏡，用於產生所述偏置信號。
4.一種補償器件，用於對作為溫度的函數可變的固有電容結的變化的影響予以補償，其特徵在於，所述補償器件包括表現為可變電容的裝置組合，所述可變電容作為溫度的函數可變，補償所述影響，所述可變電容與所述固有電容連接。
5.根據權利要求4的補償器件，其特徵在於，補償器件包括發生電平作為溫度的函數而變的偏置信號的裝置，被所述偏置信號反向偏置的結，所述反向偏置的結與所述控制端子連接。
6.根據權利要求5的補償器件，其特徵在於，發生裝置包括串聯設置的一組結，用於產生其值作為溫度的函數可變的電流，所述可變電流的電流鏡，用於產生所述偏置信號。
7.一種集成電路，包括至少一個根據權利要求4的補償器件。
8.一種接收RF信號的調諧器，包括電壓控制振蕩器，其特徵在於，該調諧器包括至少一個根據權利要求4的補償器件，與所述振蕩器結合。
9.一種電視信號接收機，包括根據權利要求8的調諧器。
全文摘要
本發明涉及一種電子設備，包括至少一個具有控制端子和其值作為溫度的函數可變的固有電容結的電晶體，所述電晶體與補償器件結合，對所述固有電容結的變化影響予以補償。為此目的，該電子設備的特徵在於，所述補償器件包括表現為可變電容的裝置組合，所述可變電容作為溫度的函數可變，補償所述影響，所述可變電容與所述固有電容連接。本發明特別有利於補償電壓控制振蕩器的頻率漂移。
文檔編號H03F1/30GK1433141SQ0215182
公開日2003年7月30日 申請日期2002年12月7日 優先權日2001年12月11日
發明者S·阿米奧特, B·杜洛伊 申請人:皇家菲利浦電子有限公司